前沿展望 合成生物学的5大挑战（二）

　　

生物通报道，本世纪生物科学技术的发展被视为第四次科学浪潮，“合成生物学”被誉为：将生物领域基础研究转化为实际社会生产力的学科。这一连接基础学科与实际应用学科的领域，这一门新生学科存在哪些挑战，Nature一篇社论文章也许会给您找到答案。

 

近期，不仅Nature推出合成生物学（synthetic biology）展望文章，《Cell》也在不久前刊发了合成生物学的观察文章，有兴趣的读者可以查看生物通的前期报道：《Cell》前沿展望 合成生物学重塑生命

 

“合成生物学”是国际上刚刚出现的一门新生学科，它是用有机化学及生物化学的合成能力去设计非天然的、合成的分子，进而使这些分子在生命系统中有活性功能。合成生物学的最终目标是重塑生命。

 

“合成生物学”的先决条件在于，生物学家破解生命运行规律，再谈人造生物系统，这一切目前还是初步的构想。人造生物系统工程学与机械工程学相比，更为复杂、更为精细。

 

据文章作者介绍，生物合成学的研究模式为：掌握生命系统控制各种功能的遗传序列特征；将各个复杂的部件窜在一起组成复杂的生命系统执行复杂的生命功能；将人工设计的复杂系统插入载体细胞中。正如所有的生命都建立在遗传序列基础上一般，生物合成学专家必须从序列研究开始，对各种序列的特征功能进行全面详细地了解。

 

Biodesic公司工程与设计首席顾问Rob Carlson表示，这还不是合成生物学的全貌，还有很多具有多种功能的小分子需要科学家们去了解。这将是横亘在“合成生物学”面前的鸿沟。据Rob Carlson介绍，目前合成生物学领域存在5大挑战。本文将以连载形式，介绍这5大挑战。

 

挑战二 

即便科学家们对生命系统的每个“部件”都了解得一清二楚，进行人工设计或是改造做出各个部件，但是，如何让这些部件自成体系，成为一个可自我工作的整体却还是个问题。

 

生物合成专家发现，这个将各个部件窜起的工作并不简单，必须在实验室反复验证，这方面的研究比起工程类的系统设计要复杂得多。

 

人们甚至无法预测如何将这个部件组成有机的整体，使其真正运作起来。这些规律和套路还没有掌握到。

 

波士顿大学的生物工程学家Jim Bollins就曾遭遇多次失败，早在10年前，他们实验室就人为改造大肠杆菌，让其在信号的控制下分别表达A基因和B基因，但是，遗憾的是他们没有成功，这个人造系统可在人为开关作用下表达基因A却不能在信号改变后持续地表达基因B。

 

Collins解释道，这与启动子有关，控制A基因表达的启动子太过强大，因此，总是表达基因A却无法表达基因B。花了近3年时间，Collins才找到一个折中的办法，使得这个大肠杆菌人造系统可均衡地表达基因A和基因B。

 

Collins表示，现在计算机科学日益先进，给合成生物学带来极大的便利，科学家们开始用计算机来运算和预测人造模型。在2009年，Collins的研究小组就曾设计了一些新的启动子，这些启动子在合成生物学方面的研究带来更大的便利。

 

合成生物面临的这一困难不是一时半会可以解决的，科学家们需要付出大量的时间和精力进行深入地研究，我们期待，经过漫长的积累，人类终有一天可成功造出人造生物系统，重塑生命。

（生物通 张欢）