香山科學(xué)會(huì)議第322次學(xué)術(shù)討論會(huì)簡介ppt課件

1、香山科學(xué)會(huì)議第322次學(xué)術(shù)討論會(huì)簡介會(huì)議主題:合成生物學(xué)魏江春2021年06月16日.背景 香山科學(xué)會(huì)議是由科技部原國家科委發(fā)起，在科技部和中國科學(xué)院的共同支持下于1993年正式興辦，相繼得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國科學(xué)院學(xué)部、中國工程院、教育部、解放軍總配備部和國防科工委等部門的資助與支持。上述各單位均為香山科學(xué)會(huì)議的理事會(huì)成員單位。.背景香山科學(xué)會(huì)議的目的是：發(fā)明寬松學(xué)術(shù)交流環(huán)境，弘揚(yáng)學(xué)術(shù)民主風(fēng)氣，面向科學(xué)前沿，面向未來，促進(jìn)學(xué)科交叉與交融，推進(jìn)整體綜合性研討，啟迪創(chuàng)新思想，促進(jìn)知識(shí)創(chuàng)新。.背景 新的學(xué)術(shù)思想和新方法、分析新學(xué)科的生長點(diǎn)以及交叉學(xué)科的新問題根底研討的科學(xué)前沿問題與我國艱

2、苦工程技術(shù)領(lǐng)域中的科學(xué)問題均可作為會(huì)議主題。會(huì)議偏重于：討論科學(xué)前沿、展望未來開展趨勢、討論最新突破性進(jìn)展、交流。.背景 香山科學(xué)會(huì)議實(shí)行執(zhí)行主席擔(dān)任制，以評述報(bào)告、專題發(fā)言和深化的自在討論為根本方式，報(bào)告時(shí)間與討論時(shí)間的比例大體為1：1至1：2。要求報(bào)告人以過去的研討積累為根底，涵蓋最新，信息把握最新動(dòng)向，發(fā)表新的見解。同時(shí)，鼓勵(lì)對原有實(shí)際提出質(zhì)疑，提倡發(fā)表不贊同見，并提出有獨(dú)創(chuàng)性的思索與見解。.背景香山科學(xué)會(huì)議每年分兩次公布全年的會(huì)議安排，每年1月1日發(fā)布上半年的會(huì)議安排方案，7月1日發(fā)布下半年會(huì)議安排方案。懇求者可以集體或個(gè)人的名義自在懇求召開香山科學(xué)會(huì)議。懇求的會(huì)議主題經(jīng)過同行專家評議

3、后，由理事會(huì)最后審定。會(huì)議主題確立后，該主題的懇求人、執(zhí)行主席與香山科學(xué)會(huì)議的學(xué)術(shù)秘書共同磋商，確定會(huì)議召開的日期、中心議題、評述報(bào)告、專題發(fā)言與人員安排。對一切的懇求，我們都會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)以書面的方式給予回答。.背景會(huì)議目的組織機(jī)構(gòu)理事會(huì)、組織委員會(huì)會(huì)議主題遵照的原那么多樣化學(xué)術(shù)活動(dòng)學(xué)術(shù)討論會(huì)會(huì)議執(zhí)行主席與會(huì)人員會(huì)議懇求會(huì)議經(jīng)費(fèi).香山科學(xué)會(huì)議2021年上半年會(huì)議方案表 會(huì)次 會(huì)議主題 執(zhí)行主席 會(huì)議日期 318中醫(yī)藥發(fā)展思路與繼承創(chuàng)新思維和方法 陳 竺 王永炎 顏德馨陳可冀 劉德培 02.2324 319中國全民健康保障問題與對策劉德培 孫九林 俞夢孫 尹 嶺02.26283202007/

4、2008國際極地年及未來極地研究的科學(xué)前沿孫 樞 秦大河 汪品先 嚴(yán) 俊 楊惠根04.0204321經(jīng)濟(jì)計(jì)算與政策模擬林 群 李善同 王 錚05.0608322合成生物學(xué)研討魏江春 張春霆 Terry Hwa湯雷翰 孫之榮05.1213323本草物質(zhì)組梁鑫淼 惠永正 蔣華良 楊勝利05.2022324現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系總體框架的探索朱照宣 戴汝為 于景元 王眾托 馬藹乃05.2729325新一代非易失性的電阻型存儲(chǔ)器07.0809326精密測量物理和方法葉朝輝李家明 羅俊 07.1315327腫瘤納米技術(shù)與納米藥物 10.2123.生命1.0版本 36億年前，一個(gè)微小的生命細(xì)胞在地球的荒野中誕生

5、，它自我復(fù)制，它的后代們繼續(xù)復(fù)制自我，就這樣，隨著遺傳基因一代代變異，延續(xù)數(shù)十億代。今天，每個(gè)生物體每個(gè)人、植物、動(dòng)物和微生物都能從第一個(gè)細(xì)胞找到本人的來源。迄今為止，地球的生物大家族是我們在宇宙發(fā)現(xiàn)的獨(dú)一存在的一種生命。 .生物大家族中的新成員不過如今，將會(huì)有一些新成員參與到這個(gè)生物大家族。在過去這些年里，科學(xué)家不斷在嘗試從零開場制造全新的生命方式用化學(xué)物質(zhì)造出合成脫氧核糖核酸，由合成基因，再由基因構(gòu)成基因組，最終在實(shí)驗(yàn)室造出全新生物體的分子系統(tǒng)，而這種生物體在自然界從未出現(xiàn)過。 .這些向“造物主的壟斷位置發(fā)起挑戰(zhàn)的人包括工程師、計(jì)算機(jī)學(xué)家、物理學(xué)家和化學(xué)家。他們以有別于傳統(tǒng)生物學(xué)家的視角對

6、待生命，并在2003年開創(chuàng)了一個(gè)全新的研討領(lǐng)域合成生物學(xué)。 .由DNA重組技術(shù)到合成生物學(xué)理念：為細(xì)胞編寫“基因軟件 自然演化的有機(jī)體即生物學(xué)家所謂的“生命10版本的基因組圖譜正在以前所未有的速度被繪制完成，而其中的遺傳密碼也將被逐漸解開。合成生物學(xué)家以為，他們可以利用這些知信息來設(shè)計(jì)、打造新生命方式。 在過去，遺傳工程不斷拘囿于對已有的遺傳密碼進(jìn)展簡單修補(bǔ)改造，比如從一種細(xì)菌中提取一個(gè)基因，然后植入玉米或豬的染色體。而合成生物學(xué)所要打造的生命種類是全新的它不是任何一個(gè)原始母細(xì)胞的后裔，也沒有哪個(gè)物種是它的祖先。其真實(shí)本質(zhì)上，這是一個(gè)逆自然的過程。 .合成生物學(xué) 假設(shè)說1953年雙螺旋分子構(gòu)造

7、的發(fā)現(xiàn)讓分子生物學(xué)家認(rèn)識(shí)到，基因與細(xì)胞的關(guān)系就像計(jì)算機(jī)的軟件和硬件，那么合成生物學(xué)正在做的就是設(shè)計(jì)新“軟件、開發(fā)新“硬件。 .生物資源研討的三個(gè)層次物種資源基因資源 1828年，德國化學(xué)家Wohler人工合成了存在于生物體內(nèi)的一種有機(jī)物質(zhì)-尿素，從而突破了“生命與“非生命之間的物質(zhì)壁壘。 1960，我國科學(xué)家初次合成了具有生物活性的蛋白質(zhì)-胰島素。 當(dāng)人類進(jìn)入基因組和后基因組的二十一世紀(jì)的今天，科學(xué)家正在為人工合成生命而努力。有活性的X174噬菌體(5386個(gè)bp)和脊髓灰質(zhì)炎(7500個(gè)bp)已被科學(xué)家先后合成。 Mycoplasma laboratorium 人工生命(以人工設(shè)計(jì)為主導(dǎo))合

8、成生物學(xué)DNA重組技術(shù)物種生物學(xué)轉(zhuǎn)基因生物一億種:140萬種(占1.4% ).全 球 九 大 新 興 科 技 展 望 合成生物學(xué) 通用翻譯 納米導(dǎo)線 拜埃斯氏技術(shù) T 射線 核糖核酸干擾分子療法 大電網(wǎng)的控制 微射流光纖 個(gè)人基因組學(xué) .synthetic biology合成生物學(xué)(synthetic biology)一詞最早出現(xiàn)于1911 年7 月8 日著名醫(yī)學(xué)刊物The Lancet. Reviews and Notices of Books. The Lancet, 1911. 178 (4584):97-99. 1發(fā)表的一篇書評中。后來雖然斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)過多次, 但在1980 年第一次以

9、“基因外科術(shù):合成生物學(xué)的開場為題出如今德文刊物2的一篇長篇論文。 Hobom,B.Gene surgery:on the threshold of synthetic biology,Medizinische Klinik, 1980,75(24):834-841.隨著人類基因組方案的完成, 2000年以后, 合成生物學(xué)一詞在學(xué)術(shù)刊物及互聯(lián)網(wǎng)上逐漸大量出現(xiàn)。.合成生物學(xué)論文增長情況.合成生物學(xué)的定義加州大學(xué)伯克利分校( UCB) 的化學(xué)工程教授Keasling 說: 合成生物學(xué)正在用“生物學(xué)進(jìn)展工程化, 就像用“物理學(xué)進(jìn)展“電子工程, 用“化學(xué)進(jìn)展“化學(xué)工程一樣。哥倫比亞癌癥研討中心、測序及

10、基因組科學(xué)中心主任Holt 說, 合成生物學(xué)與傳統(tǒng)的重組DNA 技術(shù)之間的界限依然是模糊的。從根本上說, 合成生物學(xué)正在利用獲得的“元件進(jìn)展下一層次的任務(wù)對細(xì)胞進(jìn)展實(shí)踐的工程化。.合成生物學(xué)的定義哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授、計(jì)算遺傳學(xué)中心主任Church 說, 主要的出發(fā)點(diǎn)是在把合成生物學(xué)與現(xiàn)有的領(lǐng)域( 例如基因工程或細(xì)胞工程)別分開來。我們曾經(jīng)在一次涉及一個(gè)“零件或少量“零件。合成生物學(xué)是利用我們所確信的一些“零件進(jìn)展新生物系統(tǒng)的工程。它在利用從系統(tǒng)生物學(xué)(systems biology)得出的最好分析去加工制造及檢驗(yàn)復(fù)雜的生物機(jī)器.合成生物學(xué)的定義明尼蘇達(dá)大學(xué)物理系教授Noireaux 說,

11、 合成生物學(xué)的定義是令人困惑的,在很多方面就像生命的定義一樣困惑。作為一個(gè)物理學(xué)家, 會(huì)喜歡建造機(jī)器、機(jī)器人。這正是我們試圖利用生物分子要做的事情。這看起來像工程, 但也面臨許多根底問題。.合成生物學(xué)的定義 根據(jù)上述情況, 我們引薦“合成生物學(xué)組織網(wǎng)站4上公布的合成生物學(xué)的定義, 合成生物學(xué)包括兩條道路: ( 1)新的生物零件、組件和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建造; ( 2)對現(xiàn)有的、天然的生物系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)。 這兩條道路的目的都是為了造福人類社會(huì)。.合成生物學(xué)開展的技術(shù)根底 隨著人類基因組方案的勝利完成, 一些根本技術(shù), 例如基因組測序和DNA 從頭合成速率,已獲得里程碑性的突破。如圖2 所示, 基因組測

12、序速率過去10 年添加了500 倍以上, 而測序本錢下降了3 個(gè)數(shù)量級以上。據(jù)預(yù)測, 新的測序技術(shù)將使人的基因組測序本錢降低到1000 美圓5。.合成生物學(xué)開展的技術(shù)根底 DNA 合成速率過去10 年添加了700 倍以上, 每年都在翻番。更為重要的是利用可編程的DNA微芯片, 實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的多通道基因合成6, 從而可在短時(shí)間合成大的DNA 片段, 而且錯(cuò)誤率很低, 組裝一個(gè)14.6kb 的DNA 只需兩個(gè)錯(cuò)誤, 這就導(dǎo)致DNA 的合本錢錢大大降低。.合成生物學(xué)的研討方法合成生物學(xué)的工程本質(zhì)合成生物學(xué)新學(xué)科綜合運(yùn)用包括分子生物學(xué)、工程學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、信息學(xué)等不同窗科的知識(shí), 進(jìn)展設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

13、新的細(xì)胞行為,這是經(jīng)過包括新的蛋白質(zhì)、基因線路、信號(hào)級聯(lián)及代謝網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建等種種生物工程努力來到達(dá)的。經(jīng)過元件及基因線路的從頭構(gòu)建, 合成生物學(xué)的目的是既要改良我們對自然景象的定量了解, 又要促進(jìn)培育一個(gè)工程學(xué)科以可預(yù)測的及可靠的方式得到新的復(fù)雜的細(xì)胞行為。.合成生物學(xué)的研討方法將合成生物學(xué)涉及的生物系統(tǒng)分成DNA、零件、安裝、系統(tǒng)這樣4 個(gè)層次。美國普林斯頓大學(xué)電子工程系與分子生物學(xué)系的Weis s等10發(fā)表了題為“合成生物學(xué): 對于一個(gè)剛出現(xiàn)學(xué)科的新的工程作用的綜述。他們概括了合成生物學(xué)新學(xué)科的根本性能以及與其它工程學(xué)科相比的獨(dú)特性; 討論了從生物安裝、模塊、細(xì)胞到 多細(xì)胞系統(tǒng)各個(gè)層次進(jìn)展設(shè)

14、計(jì)和建造工程細(xì)胞的方法.自創(chuàng)化學(xué)工程及電子工程的思緒進(jìn)展合成生物學(xué)研討合成生物學(xué)的中心觀念以為生命的一切零件都能由合成( 即化學(xué)法) 而制造, 進(jìn)而經(jīng)過工程化并組裝成適用的生物組織。2000 年, 斯坦福大學(xué)的化學(xué)教授Kool 等人在美國化學(xué)會(huì)年會(huì)上提出用有機(jī)化學(xué)及生物化學(xué)的合成才干去設(shè)計(jì)非天然的、合成的分子, 進(jìn)而使這些分子在生命系統(tǒng)中有活性功能。.大規(guī)模集成電路技術(shù)通常人們以為DNA 遺傳密碼是指揮控制生命的軟件( software) , 而細(xì)胞膜及細(xì)胞內(nèi)一切的生物機(jī)器被以為是生命的硬件( hardware, 在合成生物學(xué)中也常稱為wetware) 。這種對生命系統(tǒng)軟件與硬件的認(rèn)識(shí)可以借助

15、于電子工程( 大規(guī)模集成電路技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)等) 的研討方法、根本技術(shù)與工具。就像技術(shù)人員如今用規(guī)范化的、現(xiàn)成的電子元件組裝成計(jì)算機(jī)一樣, 合成生物學(xué)任務(wù)者估計(jì)有一天, 工程師可以將充分表征的生物原件組裝成強(qiáng)壯的宿主生物體, 其具有特定的生物功能。例如: 可將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物燃料, 或低本錢地消費(fèi)高效藥物,或可以檢測及去除污染物.細(xì)胞底盤機(jī)架 對于合成生物學(xué)來說, 創(chuàng)建一個(gè)細(xì)胞底盤機(jī)架( cellular chassis) 用來安裝我們設(shè)計(jì)的生物零部件是非常重要的。在細(xì)胞底盤機(jī)架中可以集成來自各個(gè)子系統(tǒng)的信號(hào)以使其有復(fù)雜的細(xì)胞功能。細(xì)胞底盤機(jī)架必需為細(xì)胞生長及組件任務(wù)提供各種組分

16、, 應(yīng)該有各種規(guī)范的銜接, 而且足夠穩(wěn)定以便能在工業(yè)上運(yùn)用。大腸桿菌可以以為是一個(gè)性能優(yōu)良的微生物, 可用作一個(gè)細(xì)胞底盤機(jī)架。.研討框架的三個(gè)層次知識(shí)層次主要包括: 設(shè)計(jì)(design)、組合(composability)、 表征(characterization)、規(guī)范化(standardization)、 籠統(tǒng)(abstraction)。技術(shù)層次主要包括: 零件( parts) 、安裝(devices)、底盤機(jī)架(chassis)。技術(shù)集成層次:必需依托知識(shí)層次的根底知識(shí)來構(gòu)建技術(shù)層次的零件、安裝和底盤機(jī)架, 而技術(shù)層次的開展又會(huì)促進(jìn)知識(shí)層次的積累。經(jīng)過技術(shù)層次的積累可以逐漸集成為全功能系

17、統(tǒng), 即包含尋覓腫瘤細(xì)胞的微生物、制藥微生物等系統(tǒng)的第三個(gè)層次。.SynBERC 研討框架包括三個(gè)層次知識(shí)層次技術(shù)層次技術(shù)集成層次設(shè)計(jì)組合表征規(guī)范化籠統(tǒng)零件安裝底盤機(jī)架.國外合成生物學(xué)的開展規(guī)劃人類基因組測序工程完成后, 美國能源部啟動(dòng)的GTL(Genome To Life)方案就涉及“合成基因組研討工程, 包括: “從可編程的DNA微芯片進(jìn)展準(zhǔn)確的、低本錢的基因合成、“構(gòu)建一個(gè)合成的基因組 等。美國國家自然科學(xué)基金2006 年投入2000 萬美圓資助建立“合成生物學(xué)工程研討中心( Synthetic Biology EngineeringResearch Center- SynBERC),

18、由UCB、哈佛大學(xué)、MIT、加州大學(xué)舊金山分校等共同組建。.2005 年歐盟發(fā)表了“合成生物學(xué)- 將工程運(yùn)用于生物學(xué)19的工程報(bào)告該報(bào)告給出了合成生物學(xué)清楚的定義及范圍; 展望了合成生物學(xué)未來1015 年在生物醫(yī)藥、 小分子藥物的體內(nèi)合成、 生命化學(xué)的拓展、 可繼續(xù)的化學(xué)工業(yè)、 環(huán)境與能源、 智能材料及生物資料等方面的前景; 分析了合成生物學(xué)的報(bào)答及存在的風(fēng)險(xiǎn); 提出了歐盟應(yīng)該在研討、支撐根底和教育等方面應(yīng)該采取的行動(dòng)。2007年歐盟啟動(dòng)了“合成生物學(xué)涉及上述報(bào)告中各方面的18 個(gè)工程20。.合成生物學(xué)國際會(huì)議合成生物學(xué)國際會(huì)議至今曾經(jīng)召開了3次:2004 年在美國MIT召開; 2006 年在

19、美國UCB召開;2007 年在瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH)召開。.國際基因工程機(jī)器大賽(internationalGeneticallyEngineeredMachinecompetition) 國際基因工程機(jī)器大賽21 ( iGEM) 從2004 年開場曾經(jīng)舉行了4次:2004 年有5 個(gè)隊(duì)參賽, 2005 年有13 個(gè)隊(duì)參賽, 2006 年有37 個(gè)隊(duì)參賽,2007 年在中國天津大學(xué)召開。.國際基因工程機(jī)器大賽的iGEM, 包括天津大學(xué)、北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國科技大學(xué)及香港與臺(tái)灣地域一些大學(xué)的代表隊(duì)。iGEM 的競賽方式鼓勵(lì)性很強(qiáng), 有利于親身實(shí)際及多學(xué)科教育。生物學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)會(huì)了用

20、工程方法去組織、模擬及組裝復(fù)雜系統(tǒng), 而學(xué)工科的學(xué)生那么能使自己在運(yùn)用分子生物學(xué)方面得到很好訓(xùn)練。iGEM競賽的中心是關(guān)于規(guī)范生物零件的觀念: 生物零件是詳細(xì)明確指定的, 而且在其它子系統(tǒng)及整個(gè)系統(tǒng)中任務(wù)得非常好。一旦這些零件的參數(shù)被確定及規(guī)范化, 那么生物系統(tǒng)的模擬、設(shè)計(jì)就會(huì)變得更容易、更可靠。.學(xué)術(shù)刊物的創(chuàng)刊2007 年國際上興辦了兩個(gè)新刊物: 一個(gè)是Sys tems and Synthetic Biology; 另一個(gè)IETSynthetic Biology。.國外合成生物學(xué)研討進(jìn)展青蒿素美國UCB 化學(xué)工程系教授、勞倫斯國家實(shí)驗(yàn)室合成生物學(xué)中心主任Keasling 在從事抗瘧疾藥的生物

21、合成研討中, 一直把細(xì)胞當(dāng)作微生物制藥工廠進(jìn)展設(shè)計(jì)、加工、集成、組裝、控制。表達(dá)在合成生物學(xué)技術(shù)上包括DNA 的合成、來自細(xì)菌、酵母及植物( 青蒿Artemis ia annua)等多種基因及代謝途徑的組裝、多基因的精細(xì)調(diào)控等。其研討成果先后發(fā)表于2003 年34 和2006 年35。2003 年的任務(wù)消費(fèi)菌為大腸桿菌,經(jīng)過植物青蒿的amorphadiene 合成酶( ADS)密碼子優(yōu)化、共表達(dá)SOE4 支配子( 編碼DXS、IPPHp 、IspA) 以及引入異源的酵母菌甲羥戊酸途徑等途徑, 提高了amorphadiene 的產(chǎn)量。對于酵母菌, 主要任務(wù)包括改造FPP 合成途徑,引入植物青蒿的

22、amorphadiene 合成酶( ADS)基因, 克隆青蒿類植物轉(zhuǎn)化amorphadiene 為青蒿酸的細(xì)胞色素P450 氧化復(fù)原酶等。.改造后的菌株使青蒿酸的合成才干大大提高。上述結(jié)果可望以低本錢消費(fèi)抗瘧疾藥物, 用于第三世界地域的疾病治療。為了盡快使研討成果產(chǎn)業(yè)化,Keas ling 等人專門建立了新的公司AmyrisBiotechnologies , 用合成生物學(xué)技術(shù)進(jìn)展抗瘧疾藥及生物能源的消費(fèi)。.2005 年MIT“技術(shù)評論將“ 細(xì)菌工廠 ( Bacterial Factories) 作為將影響世界的新出現(xiàn)的10 大技術(shù)之一36。由于在生物合成抗瘧疾藥物的突出成就, Keas lin

23、g 被美國“發(fā)現(xiàn)雜志評選為2006 年度最有影響的科學(xué)家37。該工程曾經(jīng)獲得比爾- 梅林達(dá)蓋茨基金會(huì)4300 萬美圓的資助, 進(jìn)展進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)室研究、中試、臨床實(shí)驗(yàn)等后續(xù)任務(wù)。.2005 年11 月24 日出版的Nature 雜志, 為了慶賀生長很快的合成生物學(xué)新領(lǐng)域38,在同一期中刊登了多篇合成生物學(xué)的文章( 包括兩篇編輯的概述以及以“合成生物學(xué)為題所作的封面專欄構(gòu)造引見) 。Voigt 等39設(shè)計(jì)了一個(gè)細(xì)菌系統(tǒng), 可以由紅光觸發(fā)該系統(tǒng)在不同形狀之間開關(guān)。該系統(tǒng)由一種合成的傳贊賞酶組成, 使得細(xì)菌的菌苔能像生物膠片一樣起作用, 當(dāng)接受一類光投射到菌體后, 可產(chǎn)生高明晰度的二維化學(xué)圖像。.這種

24、具有圖像處置功能的新型基因線路的發(fā)明, 證明了在新生的合成生物學(xué)中, 可以利用的工具及方法的宏大才干及可用性。經(jīng)編程的光調(diào)控原理將能使單個(gè)細(xì)胞或群體細(xì)胞的基因表達(dá)可在時(shí)間上和空間上進(jìn)展控制, 這在細(xì)菌微晶成像、生物復(fù)合資料消費(fèi)及多細(xì)胞信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的研討中有潛在的運(yùn)用。由于這項(xiàng)技術(shù)的廣泛影響, 年僅30 歲的Voigt 被MIT 的“ 技術(shù)評論 評為2006 年35 歲以下35 名( TR35) 艱苦技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)40。Sprinzal 和Elowitz 發(fā)表了“ 基因線路重建的述評41, 主要包括自然的與合成的基因線路圖范例、合成基因線路中的模塊化組分、.從合成基因線路中學(xué)到的啟示、合成基因線路面臨的

25、挑戰(zhàn)及未來的方向。Endy8以“工程生物學(xué)的基礎(chǔ)為題發(fā)表的綜述, 用工程師的方法將合成生物學(xué)看作技術(shù)( 例如基因工程技術(shù)、生物技術(shù)) 的延伸, 包括對生物學(xué)進(jìn)展工程化的根底、規(guī)范化、解耦、觀念籠統(tǒng)化、生殖生物機(jī)器的進(jìn)化或設(shè)計(jì)等。一篇關(guān)于合成生物學(xué)生物平安的評論42, 強(qiáng)調(diào)了平安第一, 睜大警戒的眼睛, 并從基因治療接受教訓(xùn)。該期還以“設(shè)計(jì)生命為題用兩頁的篇幅對剛剛終了的iGEM 進(jìn)展了詳細(xì)報(bào)道與評述43。.重新設(shè)計(jì)并構(gòu)建新的生物體T7 Endy 研討組44為了更容易了解及操作生物系統(tǒng), 他們在假定生物體中有許多重疊的對生物來說不是必需的遺傳元件的根底上, 對噬菌體T7 進(jìn)展了重新設(shè)計(jì)及操作:

26、用工程化的DNA(12179 bp)取代野生噬菌體T7 基因組( 39937bp) 中的一些非必需遺傳元件( 11515 bp) , 產(chǎn)生了一個(gè)與料想一致的新的生物體, 它的基因組編碼了一個(gè)活的噬菌體, 其保管了原野生噬菌體T7 的關(guān)鍵性能。結(jié)果闡明, 編碼自然生物系統(tǒng)的基因組可以進(jìn)展系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì), 并構(gòu)建新的生物體, 以用于對生物系統(tǒng)的科學(xué)了解或用于為人類效力的目的。.設(shè)計(jì)構(gòu)建簡單高效大腸桿菌基因組2006 年SCIENCE 發(fā)表了Blattnerj 研討組45的論文: “減少了大腸桿菌基因組所出現(xiàn)的性質(zhì)。該研討用合成生物學(xué)方法, 經(jīng)過有方案地準(zhǔn)確地刪除, 使所設(shè)計(jì)的菌種基因組減少高達(dá)15

27、% , 但卻保管了好的生長形狀和蛋白質(zhì)消費(fèi)?；蚪M減少還導(dǎo)致了沒有料想到的有益性質(zhì): 高的電穿孔效率、重組基因和質(zhì)粒的準(zhǔn)確繁衍, 而這些質(zhì)粒在其它菌種中是不穩(wěn)定的。該研討為設(shè)計(jì)構(gòu)建簡單高效菌株奠定了很好的根底。.細(xì)菌可以覺得其環(huán)境、在細(xì)胞類型之間做出區(qū)分、并將蛋白釋放到真核細(xì)胞。Anderson等人46用工程化的方法對細(xì)菌與癌細(xì)胞之間的相互作用進(jìn)展了研討。他們表征了取自假結(jié)核耶爾森氏菌的侵襲素作為一個(gè)輸出模塊, 這使得大腸桿菌能侵入誘導(dǎo)癌的細(xì)胞株。為了能從環(huán)境上約束這種侵入, 他們將這種模塊置入異源合成傳感器的控制中。用特定數(shù)目的費(fèi)氏弧菌lux 基因傳感線路、呼應(yīng)于低氧的fdh 啟動(dòng)子或可誘導(dǎo)

28、阿拉伯糖的araBAD 啟動(dòng)子, 那么細(xì)菌可以在一定的條件下侵入并經(jīng)過合成的侵襲素殺死癌細(xì)胞。.結(jié)果闡明, 編碼傳感、線路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遺傳模塊的組合提供的一個(gè)總體平臺(tái), 其治療作用可以編程到細(xì)菌中。由于該技術(shù)是經(jīng)過合成生物學(xué)的“模塊 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的, 所以這些合成“ 零件 或“模塊具有很好的通用性。該技術(shù)遭到學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界的高度評價(jià), 今年31 歲的Anderson被MIT 的“技術(shù)評論評為2007 年TR35 艱苦技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)獲得者47。.基因組的種間取代SCIENCE 最近發(fā)表了人類基因組測序開創(chuàng)人之一Venter 研討組的論文48, “在細(xì)菌中的基因組移植: 將一種物種變?yōu)榱硪环N物種。作為走

29、向合成基因組的一個(gè)步驟, 經(jīng)過轉(zhuǎn)移一個(gè)整個(gè)的基因組( 作為裸DNA) , 他們用另一個(gè)物種的基因組完全取代了一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞的基因組。該文發(fā)表以后, 在學(xué)術(shù)界及社會(huì)上引起宏大反響。NATURE49為此在“NEWS & VIEWS欄目的合成生物學(xué)專欄內(nèi)以“為了設(shè)計(jì)生命為題發(fā)表的文章指出: 一種細(xì)菌的基因組曾經(jīng)勝利地被另一種不同細(xì)菌的基因組取代了, 將一種物種轉(zhuǎn)化為另一種物種, 這種開展是整個(gè)基因組工程用于最終實(shí)踐運(yùn)用的先兆。.對于噬菌體進(jìn)展基因改造PNAS51最近發(fā)表了Lu 和Collin 經(jīng)過合成生物學(xué)方法利用基因改造后的噬菌體勝利去除了含有有害細(xì)菌的生物膜, 殺菌才干比未經(jīng)改造的噬菌體高出百倍。

30、這一方法可望用于食品和醫(yī)療行業(yè)的器械消毒, 也可以用于預(yù)防及治療家畜疾病。.高效低本錢地消費(fèi)氫氣合成生物學(xué)的一個(gè)主要目的是未來自天然生物體的可互換的零件組裝到非天然的系統(tǒng)并具有功能52。最簡單的合成生物學(xué)例子是對酶進(jìn)展組裝, 使其完成一個(gè)非天然過程?！?PLoS ONE 最近發(fā)表了Zhang 等人的論文53。他們利用合成生物學(xué)原理, 由13 個(gè)知酶創(chuàng)建了一條非天然酶催化途徑, 可以由具有高能量密度載體的淀粉及水在溫暖的反響條件下高效低本錢地消費(fèi)氫氣。該技術(shù)與燃料電池的集成, 有望處理與氫氣的儲(chǔ)存、銷售有關(guān)的難題, 因此在汽車中的應(yīng)器具有宏大的潛力?！敖?jīng)濟(jì)學(xué)家雜志54在“合成生物學(xué)欄目以“給汽車

31、加油 ( Gas sed Up) 為題報(bào)道了這種新的綠色制氫方法。.體外多酶全合成途徑消費(fèi)抗菌素2007年9 月“自然化學(xué)生物學(xué)發(fā)表了Cheng 等55構(gòu)建了體外多酶全合成途徑, 在一個(gè)反響器內(nèi)兩個(gè)小時(shí)合成出天然抗生素- 腸道菌素。這是世界上初次對一條完全的II 型聚酮化合物合成酶催化的天然產(chǎn)物途徑的組裝。預(yù)期該方法在合成生物學(xué)中會(huì)有重要運(yùn)用。.美國LS9 可再生石油公司56是2005 年由哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)及基因組學(xué)教授Church 和斯坦福大學(xué)植物學(xué)教授Somerville 發(fā)起、由美國“旗艦風(fēng)險(xiǎn)投資公司投資成立的生物技術(shù)公司。他們結(jié)合了工業(yè)生物技術(shù)與合成生物學(xué)的中心, 正在尋求用合成生

32、物學(xué)技術(shù)消費(fèi)生物燃料。該公司的Berry 2000 年在MIT 獲得學(xué)士學(xué)位。2004 年他在獲得哈佛醫(yī)學(xué)博士之后,僅用一年時(shí)間又獲得MIT 生物工程博士, 2005年加盟LS9 公司。目前, 他正在率領(lǐng)研討團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)接近于像來自于石油一樣的燃料。由于專利原因, 他們研發(fā)的技術(shù)只是在最近的工業(yè)微生物協(xié)會(huì)會(huì)議上才有所報(bào)道:.誘導(dǎo)微生物消費(fèi)原油、柴油、汽油或基于烴的化學(xué)品他們利用來自多種生物( 包括細(xì)菌、植物、動(dòng)物等) 的基因及用來消費(fèi)脂肪酸的生化途徑, 用合成生物學(xué)方法發(fā)明出一些代謝模塊, 插入微生物后, 經(jīng)過不同的組合,這些模塊可以誘導(dǎo)微生物消費(fèi)原油、柴油、汽油或基于烴的化學(xué)品。他們經(jīng)過計(jì)算,

33、設(shè)計(jì)制造出微生物以所希望的方式消費(fèi)并分泌出長度及分子構(gòu)造符合公司要求的烴分子。該過程如圖4 所示: 用合成生物學(xué)方法發(fā)明的微生物進(jìn)入發(fā)酵罐培育生長, 消費(fèi)的石油烴將浮到發(fā)酵罐上層, 因此易于分別提取; 而發(fā)酵罐下層主要是營養(yǎng)混合物水溶液, 因此不需求復(fù)雜的培育技術(shù)。.與目前的燃料乙醇消費(fèi)技術(shù)相比, 由于不需求能耗非常高的乙醇精餾技術(shù), 從而可使能耗降低65% 。由于采用了合成生物學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)發(fā)明微生物這種尖端技術(shù), 而且這種石油烴是可再生的、清潔的、國內(nèi)可消費(fèi)的、本錢可競爭的、與現(xiàn)有的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及汽油供應(yīng)系統(tǒng)是可兼容的, 所以29 歲的Berry 獲得了MIT“技術(shù)評論2007 年TR35

34、的最高獎(jiǎng)( 2007 Innovator of the Year) 57。.人們對酶催化了解的最好的檢驗(yàn)是從頭設(shè)計(jì)一個(gè)酶。Kuhlman 等58用從頭設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)了一個(gè)具有新的折疊構(gòu)造的小蛋白, 并用X- 射線結(jié)晶學(xué)方法證明了其晶體構(gòu)造。Dwyer 等59經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明了對知構(gòu)造的蛋白質(zhì)酶活的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)。他們預(yù)測了一些突變: 將磷酸丙糖異構(gòu)酶插入核糖結(jié)合蛋白( 其通常是短少酶活的受體) ,.結(jié)果導(dǎo)致該設(shè)計(jì)含有18- 22 個(gè)突變, 比未催化的反響有105106 倍的速率加強(qiáng), 并且具有生物活性及極好的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。有這些研討為根底,關(guān)于人工蛋白的特定催化活性的設(shè)計(jì)似乎是可以辦到的。該成就是通往合成生

35、物學(xué)的一個(gè)里程碑, 在醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)等運(yùn)用領(lǐng)域會(huì)有宏大的潛力60。.Arnold 研討組61借助于計(jì)算機(jī)構(gòu)造模擬與設(shè)計(jì), 發(fā)明了包含約3000 個(gè)P450 血紅素蛋白的家族, 這些蛋白可以正確折疊, 并可在所選的7 個(gè)位置經(jīng)過重組3 個(gè)天然的細(xì)胞色素P450 而結(jié)合1 個(gè)血紅素輔因子, 從而使構(gòu)造破壞最小。這種可發(fā)明幾千個(gè)人工蛋白質(zhì)組成的家族而不受自然選擇種種限制的技術(shù)平臺(tái), 為探求蛋白質(zhì)構(gòu)造與功能的決議要素提供了新的宏大的時(shí)機(jī)。.天然的及工程化的RNA 零件可以執(zhí)行多種功能, 包括雜交成靶標(biāo)、結(jié)合配體、閱歷程序化的構(gòu)型變化及催化反響。這些RNA 零件可進(jìn)一步組裝成合成的基因線路以調(diào)控基因表達(dá)。Davidson 和Ellington62從零件及線路兩方面對合成RNA 線路進(jìn)展了綜述及展望。Win 和Smolke 63最近發(fā)表了“ 一個(gè)模塊的及可擴(kuò)展的基于RNA 的基因調(diào)控平臺(tái)的研討論文, 該平臺(tái)可用來工程化細(xì)胞的功能。他們在任務(wù)中執(zhí)行并驗(yàn)證了該技術(shù)平臺(tái)的5 個(gè)工程設(shè)計(jì)原理: 規(guī)?？筛膭?dòng)的才干( scalability) 、輕便性( portability)、適用性( utility) 、組合才干( compos -abi