合成生物學：探索生命的新邊界

作者：周葉斌 科普作家 免疫學博士

說到合成生物學，很多人第一個問題就是：到底什么是合成生物學？合成生物學其實就是用人工合成的方法，對現(xiàn)有的天然存在的生物系統(tǒng)，進行重新設計和改造，或者通過人工的方法，創(chuàng)造自然界里面不存在的人造生命。

總的來說，合成生物學其實就是利用合成的理念和策略，來研究生物和生命系統(tǒng)的運行規(guī)律。

哪些技術推動合成生物學的發(fā)展

這些年，合成生物學的進展非?？欤@里面也是有很多的技術準備。最明顯的就是它非常依賴基因組技術的進步。

合成生物學，經(jīng)常需要引入一個外源的基因來研究它的性狀，這里面就需要基因組技術，從它的測序技術到它的編輯的技術，近些年有很大的飛躍，這使它成為現(xiàn)實。

然后合成生物學其實也往往和生物工程里面的微生物發(fā)酵，或者是微生物工程相關，因為我們往往要把一段基因引入到一個微生物里面。

現(xiàn)在隨著這些技術的進步，有越來越多的微生物能供我們高效地在合成生物學工程中得以應用，這也導致合成生物學這些年能有一個很大的飛躍。

比較經(jīng)典的例子有兩個，大家可能也聽說過。一個就是從基礎科學的角度上來說，科學家前幾年已經(jīng)可以人工合成一個支原體。支原體是最小的原核微生物，雖然它很小，但是科學家能夠人工合成一個新的生命，這是一個非常大的突破。

那么在應用方面，這幾年大家可能也都聽說過，甚至自己可能就嘗過一種東西，叫做脂質肉。其實是植物來源的，但是它做成一個“肉類（產(chǎn)品）”。這種就是人造肉，一般有兩類，一個是用植物蛋白來做，這個其實已經(jīng)是合成生物學產(chǎn)品；還有一類應用相對少一些，但以后可能有很大發(fā)展，是把動物細胞進行培養(yǎng)，最后形成一個肉類的形式。這兩個都是用到了合成生物學的技術。

可見合成生物學這些年其實也是逐漸在走進應用。

合成生物學有哪些應用前景？

未來的合成生物學在醫(yī)藥方面，很有可能可以幫助我們找到新的生產(chǎn)藥物分子的方法?，F(xiàn)在藥物分子的生產(chǎn)，一般來說小分子都是化學合成，比如說阿司匹林這樣的藥物；如果大分子像胰島素，那會用到生物發(fā)酵。但是合成生物學首先它有可能有一些分子呢，它可以幫助我們轉變成用生物發(fā)酵的方式去做，這種方式它可能有更高的生產(chǎn)效率，或者說這個分子的結構會有一些變化，可以帶來一些新的性狀，在醫(yī)藥上面可能會有一些新的潛力可以被我們挖掘。

那么合成生物學另外一個方面，在農(nóng)業(yè)方面，它有可能幫助我們?nèi)ドa(chǎn)出新的作物品種，它可能有更好的，比如說是抗蟲性，或者是它對環(huán)境的耐受性更好，或者產(chǎn)量更高。這些對農(nóng)業(yè)的意義也是非常大。

還有一個合成生物學的應用方向可能是環(huán)保領域，因為在環(huán)保領域我們一個比較突出的問題，那么比如說像塑料，我們把它稱為白色污染，因為這個在自然環(huán)境當中它是不易降解掉的。但是通過合成生物學，可能我們可以創(chuàng)造出或者改進現(xiàn)有的那個微生物，比如細菌，改進成一個可以降解塑料的這樣一個微生物。那么這個對于環(huán)境污染的處理，應該會是一個革命性的改變。

合成生物學未來的挑戰(zhàn)與機遇

那么合成生物學的未來，相信它在包括醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)保各方面都有非常高的潛能。

當然它也有一定的挑戰(zhàn)，因為合成生物學現(xiàn)在相對來說還是一個在不斷發(fā)展的學科。

首先很多現(xiàn)象我們在實驗室里面小規(guī)?？吹剑侥軌蚓唧w大規(guī)模應用，這里面規(guī)?；奶魬?zhàn)是非常大的。

可以想象就是如果我們用不同的微生物，不是所有的微生物我們現(xiàn)在的發(fā)酵技術都是非常完善，這個需要進一步的研究去確定。

另外一方面也就是成本的問題，因為有一些合成生物學不是說不能應用，但它的成本相對于其他的傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法還是有點過高。最典型的比如說是人造肉里面把細胞培養(yǎng)出來形成的“肉”，這個成本相對來說還是比較高。

但是相信這一些隨著技術的進步，慢慢就能克服或者是改善。最終在不久將來，可能我們就能看到合成生物學更廣闊的應用，也是造福我們的社會。

本文為科普中國·創(chuàng)作培育計劃扶持作品

團隊/作者：深究科學-周葉斌

審核：梁前進 北京師范大學生命科學學院 教授

出品：中國科協(xié)科普部

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