合成生物学国内外现状研究论文

生物通报道：最近美国科学家利用遗传改造手段对大肠杆菌进行了改造，经过“改装”后的大肠杆菌可以感光，并且在感光后分泌化学物质。这种大肠杆菌可以作为胶片使用，这项科研成果11月24日被Nature杂志以封面故事进行报道。科学家设计了一个细菌系统可以因为红光而出发另一个状态。这个系统包括一个合成传感器激酶，它可以让长在一个平板上的细菌作为生物“胶卷”使用，这种“胶卷”的分辨率可达每平方英寸1亿象素的分辨率。科学家们的这一创造是从蓝藻得到启发的。蓝藻在海洋中依赖光合作用生存，对阳光中的红光特别敏感，在红光照射下能分泌黑色素。早先的研究已发现，蓝藻的光合作用由一系列基因参与，比如，在红光照耀下，有的基因编码具有光敏作用的蛋白质，有的基因编码能分泌黑色素的蛋白质。这种在空间上对大肠杆菌基因表达的控制可以被用来“打印”各种复杂的生物材料。比如：可以对信号通路中特定空间位置和瞬时的磷酸化步骤进行调控。这种遗传工程和生物技术等技术手段的延伸被称为“合成生物学”。它不同于以往的简单的基因插入或敲除，它使不同的生物部分拼凑出一个新生命成为可能。早在更久前就已经有科学家尝试直接利用DNA合成出生命，2002年9月，Science登载了纽约州立大学石溪分校魏玛()小组的工作。他们用了3年的时间合成出了脊髓灰质炎病毒（poliovirus）的全基因组序列，共约7500个碱基。经过实验证明，这些人工合成的病毒基因组不仅可以指导合成出与天然病毒蛋白质同样的蛋白质，而且它们同样具有侵染宿主细胞的活力。

最新突破2010年，在美国文特研究所，由克雷格·文特(Craig Venter) 带领的研究小组成功创造了一个新的细菌物种——“Synthia”。他们将Mycoplasma capricolum(细菌A)的细胞核消除；将M. mycoides(细菌B)的DNA序列解码并拷贝到电脑中。然后通过人工合成的方法（形象地说，就是用基因打印机把这个DNA序列打印出来），将细菌B的DNA重新制作出来并添加到细菌A的细胞中并激活它。克雷格还在这条新的DNA中加入了“水印”（就像他们的电子邮箱地址），以便于日后的辨认与区分。“水印”的作用是让重新获得DNA的细胞A有制造蓝色色素的能力，由于原始的细胞A不具有产生色素的能力（所以是白色的），新合成的细胞A会很容易被辨认出来。于是，在花费了40,000,000美元和15年的等待后，2010年5月20日，吉布森（Gibson）和他的同事们在文特研究所宣布，世界上第一个由纯人工合成创造的细菌物种诞生了。这一“验证理论”的实验结果为众多正在探讨和进行类似项目研究的科学家们打了一剂定心针，因为克雷格证明了人工创造物种的可能性与实践性 。与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造的办法不同的是，合成生物学的研究方向完全是相反的：它是从最基本的要素开始一步步建立零部件。重塑生命，这正是合成生物学这一新兴科学的核心思想。该学科致力于从零开始建立微生物基因组，从而分解、改变并扩展自然界在35亿年前建立的基因密码。此外，还可以通过人工方式迫使某一细菌合成氨基酸。合成生物学是基因工程中一个刚刚出现的分支学科，它吸引了大批的生物学家和信息工程师致力于此项研究。人类正在设计并构建一些可以按照预定方式存在的生命体系。在有些情况下，它们是依靠人工开发的基因密码运行的，因此它们具备了某些自然机体不具备的能力，美国马萨诸塞州技术研究所合成生物学小组负责人德鲁·恩迪解释说。与基因工程把一个物种的基因延续、改变并转移至另一物种的作法不同，合成生物学的目的在于建立人工生物体系，让它们像电路一样运行。与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造的办法不同的是，合成生物学的研究方向完全是相反的，它是从最基本的要素开始一步步建立零部件。“所谓合成，就是由我们建立各个活的部件，是逆自然世界的一个过程”。研究合成生物学的科学家们预言，合成生物学的成功将意味着科学的极大进步。美国加利福尼亚大学蛋白质研究工程师温德尔·利姆认为，合成生物学通过修复细胞功能、消除肿瘤、刺激细胞生长和使某些决定性细胞再生，实现治疗各种疾病的目的。一些专家提出应该制造一个配备有生物芯片的细胞机器人，让它在我们的动脉中游荡，检测并消除导致血栓的动脉粥样硬化。还有一些研究人员认为，运用合成生物学还可以制成各种各样的细菌，用来消除水污染、清除垃圾、处理核废料等。恩迪还提出，可制造一种生物机器用来探测化学和生物武器，发出爆炸物警告，甚至可以从太阳中获取能量，用来制造清洁燃料。但是也有一些谨慎的研究人员认为，合成生物学存在某些潜在危险，它会颠覆纳米技术和传统基因工程学的概念。如果合成生物学提出的创建新生命体的设想得以实现，科学家们就必须有效防止这一技术的滥用，防止生物伦理冲突以及一些现在还无法预知的灾难。2002年，纽约大学的病毒学家埃卡德·维默尔宣布他和他的研究小组从生物技术公司购买了DNA短小片断，并在DNA合成公司的协助下将它们连接起来，制造出了人工合成的脊髓灰质炎病毒。这项研究的成功让维默尔完成了一项前人从未完成的工作。但他同时向人们发出警告，生物恐怖主义分子完全有能力制造出致命病毒，例如埃博拉病毒、天花病毒以及一切目前人们拥有的药物均无法消灭的病毒。毫无疑问，在科学家的理解中，细胞是自然界进化魔杖的完美设计，而合成生物学正是这一概念的逻辑推论。尽管科学家们在合成生物学方面做的各项研究和实验还处于初级阶段，但这项前沿科学一定能够给人们带来惊喜，无论这样的惊喜是好是坏。