合成生物学的现在和未来
去年7月，科学家们创造出了首个“合成细胞”，一个由电脑编码并在实验室里拼接到一起的化学合成基因组控制的有机体。一年之后，在斯坦福大学（Stanford University）举办的第五届合成生物学年会上（Fifth Annual Synthetic Biology conference），生物学家仍在努力向此领域的下一阶段前进。阻碍他们前进的是生物学本身变幻莫测的特性，还有将创意变成工程有机体所需要的资金和时间。
虽然克雷格·文特研究所（J. Craig Venter Institute）创造出的合成细胞暗示着将来合成生物学可以重新设计活细胞，执行他们梦寐以求的任何任务，尽管这个目标仍然遥远。多数研究集中于诱导微生物执行那些与它们已有机制相似的任务，比如，利用它们在自然界中所采用的相似过程和材料将碳水化合物转变成燃料。
合成生物学竭力使分子生物学更像工程学——用可预测的方法将可预测的材料和部件组合到一起。正如合成细胞所展示给我们的那样，科学家们现在拥有各种工具在电脑上编码一个已有基因序列，利用DNA合成仪合成基因片段，然后将这些片段在实验室里拼接到一起。（这个流程只是合成生物学所采用的众多流程中的一种。）但是仍然很难预测当细胞被改变之后能做些什么。研究人员常常受限于细胞随性生存生长的自然天性，这种情况在很多时候必须要克服，使它们能有效地做一些对我们有用的事情。
一个最大的障碍就是制造和组装初始材料：编码某个特定功能的DNA分子片度并在实验室里合成。创造这样一种DNA片段耗时且昂贵。像任何商品一样，它必须要设计、制造并测试。即使做一个相对较小的改变也会很费力，很耗时，很烧钱。
“合成某些序列要花费两个月时间，”而其他一些根本就合成不了，原因尚不清楚，一家组装DNA部件的新创公司银杏生物工作室（Ginkgo Bioworks）的共同创立者拉赫曼·谢蒂（Reshma Shetty）说到。他还说，公司利用软件自动化操作来设计构建单元和其他部件，并控制液体处理机器人将DNA片段拼接到一起，这些DNA片段是从专业从事DNA合成的公司订购的。目前，正是这最后一步成了主要瓶颈。公司一直在追踪做出这些序列要花费多长时间，怎样才能更快。
哈佛大学的一位系统生物学教授帕梅拉·斯丽芙（Pamela Silver）说，创造新有机体所需的资金和时间限制了创造性。每当合成生物学家们尝试一个新设计，他们都不得不花钱合成DNA，等着它返回，然后将其转入细胞中，再进行测试。斯丽芙说，所有这些都意味着合成生物学们不愿意失败或从中吸取经验教训，这也是可以理解的。
她对大家说：“我仍然坚信这个梦想，有朝一日你们当中有人最终能够坐在电脑前，设计实验，并且在第二天就能得到DNA。”合成生物学若要兑现其承诺，DNA合成就必须“廉价、快速、可预测并且精确，还有对所有人开放，”包括哪些实验室里并没有太多设备和资金的研究人员。
幸运的是，跟DNA测序技术很相似，DNA合成技术成本正在迅速降低。哈佛大学计算基因组中心（the Center for Computational Genomics at Harvard）主任乔治·丘奇（George Church）在他的谈话中提到，DNA合成和测序技术的成本一直在以令人惊讶的速度下降，近来每年降低到
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合成生物学：正在起飞的技术
2010年06月01日 15:56 东方网-文汇报
美国生物学家克雷格·文特尔、汉密尔顿·史密斯及其同事在5月20日出版的美国《科学》杂志上宣布，他们创造了一个人造生命。更准确地说，他们利用实验室里现成的化学物质，制造出了载有约1000个基因的DNA片断。这是自万物起源以来第一个没有祖先的生命，这个名为"辛西娅"(synthia)的人造生物的诞生，意味着人造生命的时代已经来临。
"科学家对基因修改的研究已有多年，但交换整个基因组则是完全不同的，其他一些研究通常所作的改变是将少量的基因从细菌中分离。现在我们可以从计算机中提取信息开始，可以从数字代码开始，以四个实验瓶中的化学物质(指组成DNA的A,T,G，C)创建新的遗传密码，我想这就是最大的不同。"
——克雷格·文特尔
曲折的创造生命之路
从最基本的生命组件创造一个活生生的有机生命，是文特尔15年前就有的一个雄心勃勃的理想。纵观以往的生命史，生命的实质就是信息的传递，但是首个人造生命的诞生表明，不需要闪电的激活，不需要生命的代代相传，就可以让生命从最基本的组件中诞生，从非生命物质到活生生的生命，相比之下，以往的基因改造只是入门之作，而文特尔在合成生物学上跨出的这一步，才是真正掌握了操纵生命的艺术。
创造生命的探索之途历经艰难和曲折。一开始，为了少些麻烦，文特尔尽可能地寻找最小的生物体，并想法将它弄得更小。他起先选择的是一种生殖支原体，一种在生殖道中栖居的生物，是已知最小的非寄生细菌，只有485个基因，然后，将基因一个个剔除，看它是否还能存活，以确定哪些基因是可要可不要的，以期以一个更小的生命体来做合成生命的原型。
但这似乎走进了死胡同，虽然可以证明有100个基因并非是必需的，至少在适宜的实验室环境下可以不需要，但一下子将这些基因全部剔除它却无法存活，找出能够生存的最小的基因组要花许多时间，因为这种支原体的生长速度十分缓慢。
更重要的是，需要较小基因组的理由也渐渐淡化。DNA合成技术日趋成熟，其价格越来越低，所以文特尔决定改而采用稍作修改的完整的支原体基因组。
2003年，文特尔合成了病毒Phi-X174的基因组，只有11个基因，但它却并非第一个人工病毒，一年前，纽约州立大学石溪分校的一个研究小组复制了脊髓灰质炎病毒，不过非常衰弱，只能勉强繁殖。文特尔合成的病毒却是货真价实的，当病毒DNA注入宿主细胞时，宿主细胞的反应就像感染了真正的Phi-X174病毒一样。
但是生殖支原体的生长缓慢还是个问题，于是研究小组改用了它亲缘关系相近的丝状支原体，只是它的DNA是前者的两倍之多，不过以现在的技术这已经不构成什么问题了。为了容易辨别这种新的菌种的不同，文特尔和他的同事剔除了丝状支原体中他们认为不需要的14个基因，然后加入了一些他们新设计的DNA，文特尔将这个过程称作"嵌入水印"。
枯燥的实验终于加入了一点有趣的东西。文特尔说，他们嵌入的"水印"中包括一段密码，里面含有一个网站的网址和三句引文，只要你知道如何解密就行。水印的明文部分标名它是属于文特尔的，编号为JCVI-syn1.0。
完成重塑的基因组被注入无基因细菌，含有这种细胞的液体被撒在琼脂培养盘中，单个细菌的生长繁殖会在琼脂上产生斑点，研究人员对一些繁殖茂盛的斑点进行DNA测序，现代基因测序技术可以迅速完成对支原体基因组的测序，检测结果表明，菌群中确实包含有合成基因组。人造生命的杰作真的活了！
文特尔：聪明的"园丁"
生物技术有时更像人与自然交流的一种传统方式：园艺。园艺技术主要是通过修剪与嫁接。以基因为"修剪嫁接"对象的生物技术却遇到了这样的拦路虎：生命体有自己的一套方式，而不管人类"主人"有什么打算。生物技术中的"修剪"包括去除一些虽对野生生命有好处但却消耗能量，不利完成指定任务的特性，生物技术中的"嫁接"是添加进从别处转移来的具有某种特性的基因。
文特尔还是希望能回到他最初的设想，通过完整而合理的"修剪嫁接"，创造一个最小的基因组。这个雄心勃勃的设想将成为生物科学的一个新的里程碑，生物技术将从逐个基因操控，发展为一个以"批量生产"方式改变生命的合成生物学产业。
为此，文特尔就像一个聪明的园丁一样，在过去的十年里锲而不舍地向这个方向努力。显然，他为细菌互换"零部件"的想法十分成功。细菌族中的每个物种，或一群物种，都有一个由数百个或数千个基因构成的基因子集，这个基因子集来自于包含了无数个基因的基因库。因此对虽有亲缘关系但有很大不同的细菌进行比较，可以揭示一种与最小基因组概念类似的"核心能力"，以寻求制造出有实用价值的细菌(比如批量生产某种特效药物)的途径。
文特尔的目光并不仅仅放在细菌上，除了寻求最小基因组之外，他还瞄准了单细胞的藻类。从单细胞的细菌跨越到单细胞的藻类，听起来是很短的一步。但在生物分类上，藻类与细菌是完全不同的，这一类生物包括动物、植物、真菌及藻类。
藻类的有趣还体现在其他方面。包括文特尔在内的许多人都想用藻类来制造生物燃料。它们可将大气中和发电站排气中的二氧化碳，通过光合作用转化为石油或柴油。目前几乎所有用来生产生物燃料的微生物都是通过发酵作用来实现这一目的的，利用藻类就可以省掉一些中间步骤。
文特尔的目的是要实现对细菌基因组的全面控制，将研究对象扩大到各种不同的微生物。他麾下的合成基因组公司已和Exxon签约，将由其斥资6亿美元，从藻类中制作生物燃料。文特尔表示要努力"建立完整的藻类基因组，这样我们就可以改变藻类生长中50%-60%的参数，藉以形成各种超多产的有机体。"到目前为止，通过对众多海水微生物DNA的分析，文特尔已拥有约4千万种基因的库存，其中大部分源自于藻类。他说，这些基因将是一笔可观的资源，足以使捕获的藻类产生有用的化学物质。
未来生命科学展望
然而，科学家的所有这些设想和努力，都要取决于一个因素：合成DNA价格的持续下降。这与戈登·摩尔关于电脑发展的著名定律很有些相似，过去十年里DNA测序和DNA修改的价格都在直线下跌。前者意味着世界上的DNA数据库里已有了生命之树各部分的大量基因数据，后者意味着这些基因的剪切粘贴都在变得越来越便捷容易。
合成生物学作为一种正在"起飞"的技术，不仅是件好事，而且于人类至关重要。创造一种新的实用生物体的过程将会是一种不断失败不断尝试的曲折过程，人工选择的进化方式很可能会像自然选择一样，浪费大量的资源。但很多人对基因合成的繁殖方式有所担忧，君不见电脑黑客制造的电脑"病毒"给人们带来多大的烦恼，他们担心，未来的黑客们也许会利用合成生物学，制造出真正的病毒。
无疑，这是一种风险。但几乎所有技术都一样，既可用来行善，也可用来作恶。用来制造病原体的技术也可用来制造疫苗。既能行善，且能带来利益的事，总是比邪恶的欲望更能吸引更多的人，如此说法并非盲目乐观。利用合成生物学，人们可以发明新的作物、新的燃料、新的疾病治疗方法和新的药物。当然，也可能会有人利用合成生物学技术做一些疯狂的事情。
在科幻小说迈克尔·克莱顿的《侏罗纪公园》中，展现了恐龙复活的惊人场景，但实际上，没有任何办法利用存活下来的DNA直接让生命复活。但是如今人类已经有了成功制造出基因组的能力，加上对复杂生物体有了更为深刻的理解，相信总有一天，合成生物学将能制造出做出类似恐龙的生物。
不过，虽然恐龙没有留下可用的DNA，其他更晚灭绝的生物却慷慨地给予了我们机会，想像一下，将合成生物学用于目前已完成测序的尼安德特人的基因组，再与现代人类的DNA相比较一下，看看有什么根本的不同，这是多么令人兴奋的事情。如果能够创造出一个尼安德特人出来，再亲口问他一些问题，那将多有意思！不过，如果这种做法会引起伦理道德上的争议的话，不妨来只远古猛犸象试试怎么样？
人工合成生命的未来
作者：佚名来源：生物谷2007-6-12 9:15:06
生物谷：过去，基因魔术仅限于对自然界本来就存在的生物做些修改——比如从一个细菌上提取基因，然后塞入玉米或者猪的染色体中。而我们现在所说的制造生命是完全新的———不是从原始的母亲细胞中提取基因后代。
这种尝试是可行的，因为生命1.0版现在正越来越快地被破解。这并不意味着我们已经理解关于生物体的一切。但是合成生物学家认为他们能利用所知道的知识，设计并编写出新的生命形式，来做一些实际的事情，而这些事情以前是完全不可能被完成的。普林斯顿大学计算机学家罗恩·维斯，现在正为细胞编写基因软件，他说我们现在可以将细胞当作“可以被编程的东西”。维斯相信他不久后就能“像为计算机编程一样简单地为细胞编程。”
合成生物学科学家预言：在未来三到五年，首个2.0版的生命体将诞生。那意味着，人类不久将进入生命2.0时代。届时，人工合成生命技术的发展将依赖于目前重要的研究成果——纳米技术方面的最新进展，即在分子的层面上制造出新的生命。生物学一直在进行有关分子构成的研究，“人工生命”计划正是看中了生物学领域这一优势。假如我们将生物学的研究成果应用到我们自己身上，结果会是怎样呢？
首先需要考虑的是合成生物带来的危险，目前最令我们担忧的是如何去阻止一种极具毒性的人造生命体吞噬地球上已有的生物。有专家指出，地球上存在的每种植物、动物、菌类和原生动物都渴望成为“世界的统治者”。没有什么东西比病毒和细菌更残忍了，而且它们已在这个世界上生存了相当长的一段时期，但其他生物大部分依然“健在”，因此合成生物更危险的说法难以成立。
事实上，生命2.0很可能今天我来讲有关生物方面的知识，我主要讲的是生物的发展过程以及生物学现在和未来的发展动态。我们初一年级学习的《植物学》、《动物学》，以及初二年级学习的《人体生理卫生》都属于生物学范畴，生物学的发展与人类的发展是息息相关的。生物学发展了也意味着人类向前发展了。
一、生物学的产生和发展过程
在讲生物学发展之前，首先我们要了解——什么是“生物”？单从字面来看，就是指具有生命的物质，具体来说就是指自然界中由活质构成并具生长、发育、繁殖等能力的物体。它包括植物学、动物学、微生物学、古生物学等一些学科。生物学的发展是随着人类社会的发展而发展起来的。早在原始社会里，由于人们主要以狩猎来维持生活，所以在狩猎的过程中人们逐渐积累了有关动物的生活习性、形态结构和繁殖规律等动物学知识；后来，随着人类生存和发展，现有的动物远远不能满足人们的需要。于是人们开始采集一些野果、野菜作为食物；在采集的过程中人们开始对植物有了一定的认识，并逐渐积累了有关植物方面的知识；使人类的生存和发展开始走入了一个崭新的领域。
我国是研究动植物最早的国家。早在公元前三千多年我国开始对动物的养殖进行详细的记载，公元两千多年前编著的《山海经》记载着食之有效的药物60多种；公元前1066——476年编著的《诗经》中记载的动植物不少于300多种；还有后魏贾思勰编著的《齐民要术》，明代李时珍编
著的《本草纲目》，对动植物都有详细的记载和研究；使中国在世界上创立出中医学。
在国外,人们对生物的研究要比中国晚，但发展相当快。十七世纪，随着细胞的发现，使人们认识到动植物体都是由细胞构成的。十八世纪到十九世纪，许多科学家对植物的组成和生理进行了研究，使植物的构成被揭开，植物的生理活动也逐渐被认识；象植物的光合作用、呼吸作用和蒸腾作用。在动物方面，其发展是比较快的。随着动物的化石一件件被挖掘出来和人们对现有动物的研究，人们逐步了解了动物的进化规律，同时也揭开了人类起源之谜，使“神创论”的谬论彻底破灭。更重要的是人类对动物生理的研究，人们了解了人的结构和生理特点，为人类适应不断变化的自然界提供了丰富的资料。所以说，没有生物学的发展，人类社会也将不会发展。
现在我国还是一个农业型的国家，生物学的发展对我国来说是非常重要的，因此，自新中国成立以来，我国对生物学的发展十分重视。从1950年起我国就致力于水稻高产栽培的研究。1973年我国在世界上首次育成一批具有高产、抗病的杂交水稻。在生物化学领域，我国科学工作者于1965年在世界上首次人工合成具有生命活性的结晶牛胰岛素；1981年，我国又人工合成具有天然活性的酵母丙氨酸转移核糖核酸。这些成果说明了我国在生物的某些领域中已达到了世界先进水平。
二、生物技术在现代社会中的重要作用
生物学的发展对于现代社会的发展有着重要作用。在医学上，生物技术在生物制品和新药制备方面的应用对防治某些严重危害人民健康的疾病起到了关键性的作用。象青霉素、金霉素、链霉素等一系列抗生素的应用，以及现在通过各种高新技术提练的生物制品，为人们生命提供了有力的保障。随着生物领域“阿波罗登月计划”——人类基因组测序工作的进展顺利，被称为二十一世纪瘟疫的癌症、爱滋病等一系列疾病现在有望在生物技术方面得到突破。
在国防上，生物技术的应用也非常广泛。从过去的飞机、雷达、潜水艇的发明，到现在细菌武器、基因武器的应用，都与生物技术有着密切的关系。同学们都看过电影或电视，银幕上经常出现这样镜头，某军队为了不暴露目标，把一些树枝等植物缠绕在武器上或者戴在头上，但在现在战争中这些伪装都不起作用了，因为离体植物和生活着的植物在生理上有着明显的不同，人们通过遥感测定这些植物的不同生理值就很快知道哪是伪装物，哪是真正的植物体，从而掌握作战的主动权，有效地打击敌人，取得战斗的胜利。
在工业上，生物技术也得到了广泛的应用，象造纸业的发展、橡胶业、酿造业的发展都离不开生物技术。随着现代工业的飞速发展，地球上的垃圾也迅猛增多，人们越来越感觉到地球被垃圾所包围；于是一些国家纷纷开始研究治理污染的有效方法。美国、德国、日本……等一些国家都拿出自己的研究成果。不过这些国家都有一个共同点：生物治理；美国采用转基因技术培育出的“超级细菌”，用它来处理石油污染，日本则培育出能处理废水的细菌，德国的垃圾变石油等等，这些无不与生物技术的发展有关系。由于一些植物和微生物的生理以及代谢的多样性，它们已广泛被用来加工各种化工原料。人们可以用它们来找矿，甚至用来提取金属。象美国研制出的能“提炼”黄金的细菌等。
在农业方面，生物技术应用的更加广泛。优良品种的选育，杂交水稻的应用，农业病虫害防治技术的应用，大大提高了农作物的产量，这人类的生存与发展提供了保障。此外，象快速种植技术和快速养殖技术的推广，使人们随时随地吃到四季的各种蔬菜和动物食品，人们甚至可以吃到基因工程所创造出的转基因食品。生物技术的发展为人类带来的好处实在不少。为此许多发达国家都十分重视对生物科学的研究。
在科学研究方面，科技实力、经济实力均居世界前列的美国，自从有了航天飞机，他们每次航天飞行都预载着几百个项目的实验，其中有百分之九十以上是生物实验。早在二十世纪六十年代，美国和前苏联就分别向火星发射了探测器来探测遥远的火星上是否存在生命。七十年代，美国又向火星发射了两个探测器分别进行了三个有关生物方面的实验。八十年代，美国又多次发射航天飞机在太空中进行动植物生长和繁殖的实验。这些实验为人类拓展宇宙生存空间积累了宝贵的经验。
现在，试管婴儿、器官移植、人造器官等对于人们来说是非常熟悉的名词。殊不知这些成果的取得为人类的生存和发展开辟了一个新途径。另外，四季如冬的南极也吸引了众多国家的视线，他们纷纷把足迹伸向那里。现在许多国家在南极建立了自己的考察站，来研究地球的诞生、生命的起源以及和平开发问题。我国也分别于一九八四年和一九八八年在南极建立了两座科学考察站，即“长城站”和“中山站”。
三、二十一世纪——生物的世纪
当前，世界上的人口每年以十分惊人的速度在递增，而耕地面积却在逐渐减少，土地沙漠化日趋严重，干旱、洪涝灾害在世界各地频繁发生，人类的生存和发展受到空前的威胁。另外，环境污染造成大量动植物资源的死亡，一些珍稀动植物资源在地球上消失。据一些科学家估算，目前平均每天有2 5种生物种群在地球上消失。一个物种，一旦在自然界中消失，就无法再生出来，所造成的损失是无法弥补的。
为了保护自然环境，维护生态平衡，世界各国都重视对环境的保护。1970年联合国教科文组织提出了一个国际科学合作项目，即“人与生物圈”计划，其目的在于通过全球性的科学研究、培训以及信息交流，为生物圈自然资源的合理利用与保护提供科学依据。联合国教科文组织还在世界各国设立了三千多处自然保护区。目前我国已有十个自然保护区被纳入了国际保护区网。此外，还有许多民间组织也致力于环境保护工作；当前最有影响的要数“绿色和平组织”。他们对生态环境的保护起了积极有效的作用。我国在近些年也立了不少法律加强对环境的保护力度，象《森林法》、《野生动植物保护法》、《土地法》等等。我国全国各地兴建了一千多处自然保护区，许多濒危动物和珍稀动物得以保存下来。象大熊猫、朱鹮、丹顶鹤、珙桐、银杉、水杉等。可见，我国对世界的环境保护作出了重大的贡献。
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代的经典的药物，也在与微生物的斗争中，疲于应付。不断的变异的细菌，使得药物的研发越来越吃力。
其实，真正的新药，不仅是药物的本身，还包括药物的载体（运输）和高度特异性。许多药物效果很好，但是作用太过广泛，或无法靶向应用，或无法到达靶器官等，使得许多原因不在于没有这个药，而在于没有办法将药物靶向性作用于这些病变组织。如RNAi技术成为人类治疗病毒性疾病，肿瘤等有力的武器，但是现在却没有办法让它能够安全地运达病灶并发挥作用。
在未来，靶向性药物，纳米药物将成为药物研究过程中重要的载体，而与传统的药物结合，共同构成真正强有力的治疗工具。
2 组织工程与器官移植
随着干细胞的技术快速发展，人类目前已经能对某些细胞的分化方向进行人工控制，使得人类对组织工程和器官移植期待得到空前的提高。当然，目前的技术离应用还有很长的距离，但是新的技术，如三维组织培养，定向分化技术使得人类能够在体外复制出一些简单的组织。对于复杂的组织和器官，相应随着技术的不断发展，仍然有可能成为现实。
3 个性化医疗时代
传统的医疗技术，是治病的技术，不是治人的技术。而随着人类基因组、SNP、代谢组学等的全面了解和蛋白质组学的逐步了解，为个性化医疗开辟了新的曙光。
根据不同病人的基因表型，进行有针对性地用药和治疗，达到最低的副作用，最高的敏感性和效果。这是人们期待的事实。
同时，我们也有理由相信，中国传统医学中的辩证的思维将全面影响到现代医学，最终会与现代医学的个性化医疗全面融合，组成新型的医学模式。
4 生物酶学工程。
自然界中微生物的生命力最为强大，许多微生物能够在极端环境下生存，如强酸，强碱，高温，极低温，强辐射，高重金属等条件下很好地生存，另外，通过人工的诱变措施，也能“制造”出许多具有特殊能力的菌种，为人类造福。这些微生物能够将许多“无用”的物质转化为有价值的产品，从而在生物冶金，生物炼油，生物清除垃圾；也能将许多人类难以转化的产品进行轻易转化，如某些酶可以将纤维素直接转化为糖，能够高效率产生一些难以得到的生物制品。在制药，食品工业中广泛应用。
5 新型生物环保技术。
环境污染已成为人类发展的重要障碍，也是决定能否实现可持续发展的重要环节。生物科技在其中可能会扮演一些重要的角色。
环境污染不再是传统的粉尘污染这么简单，包括粉尘，重金属等无机物，有机物，环境激素，生态体系的破坏，气候变暖等全方位的问题，都是对人类的考验。生物科技，在生态修复，有机物降解，粉尘净化，水中磷清除等方面都有不俗的表现。
6 分子育种与生态农业。
农业是关系到民生问题，目前全球正面临粮食的危机，如何开发高产，高营养，抗病虫害，抗恶劣环境的优良作物，成为全球的关注的焦点。在育种方面有传统育种模式与分子育种模式两种。分子育种虽然现在还处于初步阶段，但是逐步显示出巨大的优势。目前全球的转基因作物面积正快速扩大，部分也逐步成为主流产品。
7 生物能源
传统的化石能源终究有枯竭的一天，因此新型的，低污染，可再生的清洁能源成为人类的希望。而生物技术可能会扮演一些重要的角色。
生物能源不仅仅是生物质能源，即利用可再生的生物质，如拮杆，一些高含油量的作物（如油桐），生产柴油，乙醇等能源；同时生物技术还能在其它能源上起到重要的作用，如太阳能的高效利用，沼气能源的利用等等。
8 智能机器人与DNA计算机
科技的发展，带来了计算机的应用与普及。而生物科学在计算机领域有巨大的应用，如DNA计算机，神经网络计算，高智能的机器人。象DNA计算机，在未
来十年，有可能成为现实，高智能机器人，在20年后，有望走到大量的用户家庭中，成为家庭成员的一分子。这些新的技术将大大改变人类的生活方式。
另外高性能的计算机，还能实现许多现在不能实现的功能，如虚拟世界的模拟，全球环境气候变化的模拟与预测等。
9 人工生命的潘多拉魔盒
微生物的进化速度超越了人类的想象，各类病毒，细菌迅速变异已给人类和动物带来致命的危胁。而人类自身仍在加剧这些危胁，因为人类现在可以人工合成一些简单的生命。相信，未来十年，或二十年，会合成一些较为复杂的低等微生物，那么，这些新的技术会不会成为人类的潘多拉魔盒？探索与冒险始终伴随。人工生命是福是祸，只有等到出现以后，我们才知道这一切。
10 系统生物学与生物学全新架构
正如100年前的物理学一样，现代的生物学面临着海量数据的冲击，现在生物学也正如经典物理一样，是完美的，但是僵化的；面对海量数据，显得束手无策；现在的生物信息学和系统生物学描述的东西漏洞百出，怎么解释都是对的，但怎么解释都又是不完善的；所有的描述都是线性的，而不是生命本来该有复杂的，超线性的网络模式。新型生物学理论将在现有的经典的生物学理论（暂且这么称呼当前的生物学理论）基础上，进行全新的架构与发展。
新型理论是基于人体是系统性的结构模型，从宏观的整体，到细胞，到分子信号间的相互作用体系，都将被重构。当然，新型理论有赖于数学和几何学的发展。而目前的生物信息学、系统生物学和理论生物学，正在触及这些理论的边缘。新的生物科学理论，不仅影响到生物科学的本身，还会带来一系列的技术上的革新，正如物理学一样，将会影响到我们的生活的方方面面。
一、当代生命科学与生物技术发展的现状和前景 无论是科技界还是产业界，都基本认同这样一个重要判断：在新的世纪里，生命科学的新发现，生物技术的新突破，生物技术产业的新发展将极大地改变人类及其社会发展的进程。日益成熟的转基因技术、克隆技术以及正在加速发展的基因组学技术和蛋白质组技术、生物信息技术、生物芯片技术、干细胞组织工程等关键技术，正在推动生物技术产业成为新世纪最重要的产业之一，深刻地改变人类的医疗卫生、农业、人口和食品状况。尽管世界各国对高科技领域范围的界定不完全相同，但几乎无一例外地将生命科学和生物技术放在重要位置。特别是近二十年来，生命科学与生物技术获得了飞速发展，为世界各国医疗业、制药业、农业、环保业等行业开辟了广阔发展前景。 作为“对全社会最为重要并可能改变未来工业和经济格局的技术”，生命科学与生物技术日益受到世界各国的普遍关注和重视。进入新千年后，生物技术产业显示出强劲发展势头，成为当今高技术产业发展最快的领域之一。2001年美国生物科技投资占到风险投资总额的11%，2002年美国在生物技术领域投入研究开发资金已高达157亿美元。日本政府2002年已明确提出生物技术立国战略，强调把“科研重点转向生命科学和生物技术”，并计划五年内将政府在生命科学和生物技术的研究预算增加一倍，达到8800亿日元，力争使日本生物技术达到世界领先水平。欧盟已成立生物技术委员会，继在第四个研究开发框架计划对生物技术研究大量投资后，又在第五个研究开发框架计划中专门制定了“生命科学计划”，进一步加强在这一领域的努力。在软件领域成就斐然的印度，早在1995就提出“人类基因组——印度起点”研究计划，明确提出通过发展生物产业实现经济结构的多元化。这些都表明，世界上许多国家已把发展生命科学、生物技术及其产业作为赢得未来竞争的战略选择。 目前，生命科学的研究热点仍然集中在基因组学、蛋白质学等领域。继2000年人类基因组计划完成之后，水稻、疟原虫、蚊子和老鼠的全部DNA序列测定也在2002年完成，这些研究成果都直接与粮食生产和人类健康有关。老鼠和河豚鱼基因序列的测定，将可能为人类提供关于脊椎动物进化的重要线索。特别是科学家们已经把目光投入到功能基因组学(Functional Genomics)和蛋白质组学(Proteomics)这两个极富挑战性的领域，这将带来更多与人类自身发展密切关联的重大研究成果。 生物技术方面的进展则更为迅速，基因工程、细胞工程、酶与发酵工程、组织工程、蛋白质工程、抗体工程、干细胞研究、克隆技术、转基因技术、纳米生物技术、高通量筛选技术等等，将大大加快基因工程药物和疫苗的研制，以及推进对重大疾病新疗法的研究进程。总体来看，生物技术目前仍主要应用于医药和农业，但在食品、环保、化工、能源等行业也有广阔的应用前景。据统计，全球生物药品市场规模1997年为150亿美元，2000年为300亿美元，预计2003年将达到600亿美元。在转基因技术方面，尽管人们对基因改造生物的讨论和疑虑仍然存在，但2002年全球转基因作物的种植面积仍然比上年增加了600万公顷，达5867万公顷。据有关资料分析，转基因食品市场的销售额2010年将达到250亿美元。随着人类基因组图谱的破译，将有力地促进生物药物的研究与开发。到2020年，利用生物技术研制的新药可能将达到3000种左右。这将对提高人类的医疗水平和健康水平产生极为重要的影响。 摘要:现代生物学和分子生物学的发展,对基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等现代生物技术工程产生重要影响, 其在食品发酵生产中的应用越来越广。本文阐述了基因工程、细胞工程、酶工程等现代生物技术在食品发酵业的应用。
合成生物学研究进展及其风险 关正君魏伟徐靖 1合成生物学研究概况 合成生物学(synthetic biology)是在现代生物学和系统科学基础上发展起来的、融入工程学思想的多学科交叉研究领域。其包括了与人类自身和社会发展相关的研究方向和内容，为解答生命科学难题和人类可持续发展所面临的重大挑战提供了新的思路、策略和手段。2004年，合成生物学被美国麻省理工学院出版的Technology Review评为“将改变世界的十大新技术之一”。2010年12月，Nature杂志盘点出2010年12件重大科学事件，Science杂志评出的科学十大突破，合成生物学分别排名第4位和第2位。为此，世界各国纷纷制定合成生物学发展战略及规划，开展合成生物学研究，以抢占合成生物学研究和发展先机，促进了合成生物学基础研究和应用研究的快速发展。同时合成生物学的巨大应用潜力，还吸引了众多公司及企业参与到该领域的研究开发，推动着合成生物学产业化的进程。 合成生物学作为后基因组时代生命科学研究的新兴领域，其研究既是生命科学和生物技术在分子生物学和基因工程水平上的自然延伸，又是在系统生物学和基因组综合工程技术层次上的整合性发展。与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造不同，合成生物学旨在将工程学的思想用于生物学研究中，以设计自然界中原本不存在的生物或对现有生物进行改造，使其能够处理信息、加工化合物、制造材料、生产能源、提供食物、处理污染等，从而增进人类的健康，改善生存的环境，以应对人类社会发展所面临的严峻挑战。 作为一个新的基础科学研究领域，合成生物学综合生物化学、生物物理和生物信息技术与知识，涵盖利用基因和基因组的基本要素及其组合，设计、改造、重建或制造生物分子、生物体部、生物反应系统、代谢途径与过程，乃至整个生物活动的细胞和生物个体。合成生物学使人们可以利用与物理学方法类似的模块构建和组装形成新的生命有机体，从而人工设计新的高效生命系统。中科院《2013年高技术发展报告》指出，DNA测序技术、DNA合成技术和计算机建模是支撑合成生物学发展的关键技术。近年来，大量物种的全基因组测序，为合成生物学家构建功能组件的底盘生物体系提供了丰富的遗传信息。快速、廉价的测序技术也促进了新的系统和物种的识别和解析。 2 合成生物学应用研究进展 2.1 合成生物学在医药工业领域的应用 2.1.1 天然药物合成生物学 天然药物合成生物学是在基因组学研究的基础上，对天然药物生物合成相关元器件进行发掘和表征，借助工程学原理对其进行设计和标准化，通过在底盘细胞中装配与集成，重建生物合成途径和代谢网络，从而实现药用活性成分定向、高效的异源合成，以解决天然药物
现代生物技术的应用与展望 姓名：班级：学号： 摘要：参阅大量文献资料对近年来生物技术在农业、医药业、社会科学等中的应用进展进行了综述。从改革传统农业结构，解决食品短缺问题的应用、深入基因研究，解决健康长寿问题、运用现代生物技术，解决环境污染问题等内容出发，指明了生物技术现代科学发展中的应用前景。 关键词：生物技术基因医学健康农业 Abstract: a large number of literature on recent biotechnology in agriculture, medicine and industry, social science and application were reviewed in this paper. From the reform of traditional agriculture structure, to solve food shortage problem, in-depth application of genetic research, solve the longevity and health problems, use of modern biological technology, solve the problem of environmental pollution and other content, pointed out the biological technology of modern science and application prospects. 现代生物技术也可称之为生物工程，是以重组DNA技术和细胞融合技术为基础，利用生物体(或者生物组织、细胞及其组分)的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，以及与工程原理相结合进行加工生产，为社会提供商品和服务的—个综合性技术体系。其内容包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程。现代生物技术的诞生以2O世纪7O年代初DNA重组技术和淋巴细胞杂交瘤技术的发明和应用为标志，迄今已走过了30多年的发展历程。实践证明现代生物技术对解决人类面临的粮食、健康、环境和能源等重大问题方面开辟了无限广阔的前景，受到了各国政府和企业界的广泛关注，与微电子技术、新材料技术和新能源技术并列为影响未来国计民生的四大科学技术支柱，是2l世纪高新技术产业的先导。可以预测，生物技术的应用与发展将导致生产体系与经济结构的飞跃变化，甚至可能引发一次新的工业革命，对人类社会的生产、生活各方面必将产生全面而深刻的影响。 1 改革传统农业结构，解决食品短缺问题 现代生物技术在农业中最突出的应用是利用转基因技术，将目的基因导入动、植物体内，对家畜、家禽及农作物进行品种改良，从而获得高产、优质、抗病虫害的转基因动植物新品种，达到充分提高资源利用效率，降低生产成本的目的。经过长期不断的努力，现代农业生物技术已取得重大突破，不仅从根本上改变了传统农作物的培育和种植，也为农业生产带来了新一轮的革命，并将在解决目前人类所面临的粮食危机、环境恶化、资源匮乏、效益衰减等方面发挥巨大作用。 1．1 提高农产品的产量与质量农作物病虫害是造成农业产量下降的主要原因之一，因而利用转基因技术把抗病、抗虫基因导入农作物中，使之可避免或减少病虫害。近年来，抗黄杆菌的水稻、抗除草剂的大豆、抗病毒病的甜椒、抗腐能力强与耐贮性高的番茄等转基因植物开始进入市场，提高了产量，增加了效益；根据人类的需要，还可把特定基因导入植物体，可达到改良农产品品质的目的，如高含量必需氨基酸的马铃薯，高蛋白质含量的大豆等；此外还可利用生物技术破坏水果细胞壁纤维酶，保证猕猴桃、桃、西红柿等水果成熟但不变软而提高水果的保鲜度，便于水果的运输。从1996年到2o02年，转基因农作物在全球的种植面积从170万ha扩大到5810万ha，即增加35倍，显示了现代农业生物技术强大的生命
济南大学研究生课程考查试卷 课程编号：QZ283001课程名称：信息与文献检索学时16 学分 1 学号：20172120470 姓名牛浩学科、领域生物工程 学生类别：全日制专业学位成绩：任课教师（签名） 1、考核形式(采用大作业、论文、调研报告、实验报告等)： 课程论文 2、考查（内容、目的等）具体要求： 写一篇与所从事专业相关的综述性论文 字数在3000字左右 书写格式规范，论述清晰，层次分明 3、成绩评定说明（含平时成绩、考核成绩）： 平时成绩主要包括考勤和平时作业，考勤共计10分，平时作业共计20分，占总成绩的30%。 期末课程论文共计70分，占总成绩的70%。 总成绩为平时成绩与课程论文成绩的加和，即100分。
合成生物学在生物燃料领域的研究 摘要：本文简要介绍了合成生物学的概念，生物燃料的研究现状、研究前景以及未来可能会遇到的一些挑战。探讨了合成生物学在生物燃料研究中的应用进展包括提高生物质原料的转化特性、开发绿色高效生物催化剂、构建微生物细胞工厂以及设计合成多种生物燃料产品。最后对合成生物学在生物燃料领域的研究做出了展望。 关键词：合成生物学；生物燃料；研究现状；前景；挑战；应用进展 1 合成生物学概述 合成生物学(synthetic biology) 是综合了科学与工程的一个崭新的生物学研究领域。它既是由分子生物学、基因组学、信息技术和工程学交叉融合而产生的一系列新的工具和方法，又通过按照人为需求( 科研和应用目标)，人工合成有生命功能的生物分子( 元件、模块或器件)、系统乃至细胞，并自系统生物学采用的“自上而下”全面整合分析的研究策略之后，为生物学研究提供了一种采用“自下而上”合成策略的正向工程学方法[1]。它不同于对天然基因克隆改造的基因工程和对代谢途径模拟加工的代谢工程，而是在以基因组解析和生物分子化学合成为核心的现代生物技术基础上，以系统生物学思想和知识为指导，综合生物化学、生物物理和生物信息技术与知识，建立基于基因和基因组、蛋白质和蛋白质组的基本要素( 模块) 及其组合的工程化的资源库和技术平台，旨在设计、改造、重建或制造生物分子、生物部件、生物系统、代谢途径与发育分化过程，以及具有生命活动能力的生物部件、体系以及人造细胞和生物个体。 2 生物燃料研究现状与挑战 2.1 生物燃料的研究现状 生物燃料主要包括纤维素生物燃料(乙醇、丁醇等)、微藻生物燃料(生物柴油、航空生物燃料等)，以及最近两年研究较热的新型优质生物液体燃料(高级醇、脂肪醇、脂肪烃等)和利用新技术路线合成的生物乙醇与生物柴油(蓝藻乙醇、微生物直接利用纤维素水解糖体内合成生物柴油等)等。“可持续性”是生物燃料的核
在当今世界各国纷纷建立以基因为核心的知识产权保护，抢占２１世纪国际生物技术制高点的新形势下，参加北京“国际周”现代农业高层论坛的专家呼吁，要密切关注现代农业生物技术领域日益显现的研究成果商品化、研究方式规模化和基因资源争夺白热化的趋势，在即将到来的生物世纪里，真正占据自己的位置。 农业生物技术的主要研究内容包括：增强农作物以及畜禽鱼的抗性、品质改良、提高产量和生产具有特殊用途的物质等。其中以转基因作物的研究和运用最为重要，发展最快。根据统计资料，到２０００年，全世界转基因作物推广面积达４４２０万公顷，比１９９６年增长了２５倍；种植转基因作物的国家从１９９６年的６个增加到２０００年的１３个。这其中美国的转基因作物种植面积最广，达到了３０３０万公顷，占６８％；其次为阿根廷，１０００万公顷，占２３％；加拿大３００万公顷，占７％；我国为５０万公顷，占１％。根据有关专家的看法，现代农业生物技术的最新发展趋势表现为：——研究成果商品化产业化进程加速。目前，农业生物技术作为一项高新技术产业在发达国家业已形成，并处于一个高速发展时期。有关专家预测，本世纪生物技术产品在国际贸易中的份额将达到１０％以上，而现代农业生物技术又将占相当的比重。世界银行下属机构预测世界范围内转基因作物产业的交易额为２０００年２０亿美元，２００５年６０亿美元，２０１０年２００亿美元；国际农业生物技术应
用机构（ＩＳＡＡＡ）的预测则分别为３０亿美元、８０亿美元和２８０亿美元。 ——研究方式集约化、规模化明显。在政府以及公共机构对现代农业生物技术进行投资研究的同时，众多私有企业也开始注意到这一领域将是继计算机和网络技术之后的又一个潜力巨大的经济增长点，私人公司已逐步成为农业生物技术的研究主体。以美国为例，民营机构１９９２年对这一领域的投资为５．９５亿美元，而１９９９年则达到１５亿美元。与此同时，世界范围内出现了生物技术企业领域的兼并和收购狂潮，并购金额从１９９７年的１２．３７亿美元陡然升至１９９９年的１３８亿美元。一些资产过百亿美元的巨型跨国公司由此形成，过去分散的研究基地也随之向集中化规模化发展。 据业内人士分析，促成公司并购的原因，一方面是为合理利用资源、降低生产成本、优化人员组合，而更重要的原因，则是因为现代农业生物技术产业是一个高技术、高投入、高风险、长周期的产业，小公司在资金、技术、以及抗风险能力上均难以独立对农业生物技术产品进行研发和推广。只有强强联手的大型现代农业生物技术企业才能有效占领市场，与其它企业抗衡。 ——基因资源争夺呈白热化。在商业利益驱使下，发达国家各主要生物技术公司对生物资源及其知识产权展开了激烈争夺，其核心就是对基因的争夺。谁掌握了基因，谁就掌握了生物技术的制高点，就掌握了未来竞争的主动权。有专家称，转基因植物技术知识产权很可能就是未来国际贸易中市场准入、贸易壁垒问题产生的主要原因。
合成生物学的前景展望 目录： 前言 科学定义 学科特征 发展现状 前景展望 结语 前言 当今方兴未艾的合成生物学，是一门建立在生物信息学、DNA化学合成技术、遗传学和系统生物学之上的交叉学科。近十年来，该学科在病毒全基因组合成、标准化遗传回路和最小基因组研究中取得了巨大的突破，也展现了其在生物科学应用中扮演的重要角色。本文将通过介绍与分析合成生物学的相关信息展望合成生物学的发展前景。 科学定义 目前合成生物学研究涵盖范围广泛，对其定义的表述不尽相同：合成生物学领域知名的网站（http://syntheticbiology. org）这样描述该领域的主要研究内容：“设计和构建新型生物学部件或系统以及对自然界的已有生物系统进行重新设计，并加以应用。”2010年12月，美国13位知名专家共同完成了一份名为《新的方向》的研究报告，专门探讨合成生物学问题，文中将合成生物学的研究目标定位为：“将标准化的工程技术应用于生物学，以此创造出新型或具有特定功能的生命体或生物系统，以满足无尽的需求。”合成生物学组织(Synthetic Biology Community)网站上公布的合成生物学的定义则强调合成生物学的两条技术路线：(1)新的生物零件、组件和系统的设计与建造；(2)对现有的、天然的生物系统的重新设计。 综合起来，合成生物学可被理解为基于系统生物学的遗传工程从基因片段、人工碱基DNA子、基因调控网络与信号传导路径到细胞的人工设计与合成，类似于现代集成型建筑工程，将工程学原理与方法应用于遗传工程与细胞工程等生物技术领域，合成生物学、计算生物学与化学生物学一同构成系统生物技术的方法基础。 学科特征 1.多学科交叉性： 作为一个以多学科为基础的综合性交叉研究领域，对于生物学家，合成生物学打开了一扇探索生命奥秘的大门；工程学家更关注的是该如何将实验流程和各类生物学元件进行模块化、标准化，以及如何有效地控制多个元件的相互协调；而如何将标准化的生物学模块进行数字化、定量化评价，更好地为人造“软件”进行模拟计算从而指导生物系统的构建，则是计算科学在生命科学中应用的突出体现；化学家和药物学家则更愿意将合成生物学看作多种用途的新型工具，用于高效地生产新型燃料和药物。 2.超越传统技术的革新： 合成生物学改变了过去的单基因转移技术，开创综合集成的基因链乃至整个基因蓝图设计，并实现人工生物系统的设计与制造。从分子结构图式、信号传导网络、细胞形态类型到器官组织结构的多基因系统调控研究的系统遗传学，以及纳米生物技术、生物计算、
生物谷张发宝博士：影响人类未来的十大生物科学技术 ——用生物科技促进人类与自然和谐发展 生物谷（https://www.doczj.com/doc/c912742840.html, 张发宝博士）：生物科学自从进入21世纪以来，飞速发展。尤其是随着人类基因组计划的完成，人类有自主改造基因的能力，于是各种梦想就应蕴而成。然而哪些技术会与人们的生活和未来的生活息息相关呢? 以下我们列举了十大生物技术，有理由相信，在未来相当长时间内，以下一些领域将成为人类攻关的热点，它们不仅带来给我们的是一项项的技术，更为人与自然的和谐。 1 新型药物研发。靶向，RNAi，疫苗，纳米运输成为关键词。 虽然现代医药日新月异，但是仍然有大量疾病缺少真正有效的手段，如艾滋病等许多病毒性疾病，中风，心血管等退行性病变，以及许多遗传性疾病。另外，现代的经典的药物，也在与微生物的斗争中，疲于应付。不断的变异的细菌，使得药物的研发越来越吃力。 其实，真正的新药，不仅是药物的本身，还包括药物的载体（运输）和高度特异性。许多药物效果很好，但是作用太过广泛，或无法靶向应用，或无法到达靶器官等，使得许多原因不在于没有这个药，而在于没有办法将药物靶向性作用于这些病变组织。如RNAi技术成为人类治疗病毒性疾病，肿瘤等有力的武器，但是现在却没有办法让它能够安全地运达病灶并发挥作用。 在未来，靶向性药物，纳米药物将成为药物研究过程中重要的载体，而与传统的药物结合，共同构成真正强有力的治疗工具。 2 组织工程与器官移植 随着干细胞的技术快速发展，人类目前已经能对某些细胞的分化方向进行人工控制，使得人类对组织工程和器官移植期待得到空前的提高。当然，目前的技术离应用还有很长的距离，但是新的技术，如三维组织培养，定向分化技术使得人类能够在体外复制出一些简单的组织。对于复杂的组织和器官，相应随着技术的不断发展，仍然有可能成为现实。 3 个性化医疗时代 传统的医疗技术，是治病的技术，不是治人的技术。而随着人类基因组、SNP、代谢组学等的全面了解和蛋白质组学的逐步了解，为个性化医疗开辟了新的曙光。 根据不同病人的基因表型，进行有针对性地用药和治疗，达到最低的副作用，最高的敏感性和效果。这是人们期待的事实。
合成生物学相关文献（免费共享） 摘要：通过将组成生物系统的各类单元模块化、标准化，合成生物学希望达成一种新的生物技术发展模式：即从主要开发里欧那个天然生物系统既有功能，变为用人工设计合成的生物系统来完成天然系统不能完成或者完成效率低的功能。合成生物学通过开展生物元件或者器件、生物途径等多个层次的工程化研究来实现上述目标。 ◆综述: 1.Boyle PM,Silver PA.2009. Harnessing nature’s toolbox: regulatory elements for synthetic biology. J R Soc Interface, doi；10.1098.rsif.f8.0521.focus 2.McArthur IV GH，Fong SS.2010. Toward engineering synthetic microbial metabolism. J Biomed Biotechnol,doi:10.1155/2010/459760。 综述了元器件工程（components engineering）、和途径工程（pathway engineering）的进展。 3.Andrianantoandro E,Basu S,Karig D,et al.2006.Synthetic biology:new engineering rules for an emerging discipline. Mol Syst Biol,2:14-27。 ◆合成生物学元器件工程： 利用不同调控机制的人工调控器件: 4.Boyle PM,Silver PA.2009. Harnessing nature’s toolbox: regulatory elements for synthetic biology. J R Soc Interface, doi；10.1098.rsif.f8.0521.focus。 系统的综述了国际上相关工作研究:细胞中的转录调控、RNA调控、蛋白质信号转导等生物调控机制都已经被成功的用于构建合成生物调控元件。 转录调控
浅谈基因工程与人类健康 王招弟 经济管理学院 14会计4班 70 摘要：基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程在世界围发展迅速，渗透科学各个领域。其中包括基因制药、转基因技术的发展及应用等，回顾生物技术的每一步发展都为人类的健康做出了巨大的贡献。 关键词：基因工程、基因制药、转基因技术、人类健康 20世纪80年代以来，运用基因工程技术已成功生产出白细胞介素-2、尿激酶、乙型肝炎苗等，临床上发挥了重要作用。目前人类已知至少五千多种疾病的发生都直接或间接与基因有关，如肿瘤、高血压、糖尿病、肥胖、艾滋病，如何根治这些疾病还需人类基因组的进一步研究。2003年4月中国、美国、英国、日本、法国、德国六国政府首脑联合发表了《六国政府首脑关于完成人类基因组序列图的联合声明》宣布：国际人类基因组测序协作组已经解读了人类生命密码书中所有章节的秘密，完成了人类基因组的“完成图”，并且全世界都可以不受限制地免费获取这些信息。日前美国奎格?文特研究所和多伦多儿童医院以及加州大学的研究者第一次向世界公布了个人的二倍体基因组序列。 有关基因工程与人类健康的密切联系，我将从以下几个方面展开叙述。一、基因制药 科学家预言,下个世纪的药物主要是基因药物。在庞大的“人类基因组”这台大戏中,基因药物扮演了一个重要角色。尤其是针对一些遗传疾病与疑难顽症,基因药物把传统疗法上升到了基因疗法。 随着基因工程的发展,将相应的人体遗传物质(基因)转移到不同的微生物中,制造出如胰岛素、干扰素、生长激素等药物,已成现实。科学家在牛羊中植入人类基因,使这些动物的乳汁含有人类血液的主要成分，如特有的蛋白质、使血液凝结的成分和抗体等等。科学家还把基因切开、粘上,从一种植物转移到另一种植物,从一种动物转移到另一种动物,把切下的基因植入任何生命细胞中,从而获
微生物药物合成生物学研究进展 武临专, 洪斌* (中国医学科学院、北京协和医学院医药生物技术研究所, 卫生部抗生素生物工程重点实验室, 北京100050) 摘要: 微生物次级代谢产物结构复杂多样, 具有抗细菌、抗真菌、抗肿瘤、抗病毒和免疫抑制等多种生物活性, 是微生物药物开发的源泉。当前, 微生物药物研究面临一些挑战: 快速发现结构新颖、生物活性突出的化合物; 理性化提高产生菌的发酵效价; 以及以微生物为新宿主, 实现一些重要天然药物的工业生产。合成生物学是在系统生物学和代谢工程等基础上发展起来的一门学科。本文对合成生物学在发现微生物新次级代谢产物、提高现有微生物药物合成水平和创制微生物次级代谢产物方面的研究进展进行了阐述。 关键词: 微生物药物; 合成生物学; 次级代谢产物; 生物合成 中图分类号: Q939.9; Q81; R914.5 文献标识码:A 文章编号: 0513-4870 (2013) 02-0155-06 Synthetic biology toward microbial secondary metabolites and pharmaceuticals WU Lin-zhuan, HONG Bin* (Key Laboratory of Biotechnology of Antibiotics of Ministry of Health, Institute of Medicinal Biotechnology, Peking Union Medical College and Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100050, China) Abstract: Microbial secondary metabolites are one of the major sources of anti-bacterial, anti-fungal, anti- tumor, anti-virus and immunosuppressive agents for clinical use. Present challenges in microbial pharmaceutical development are the discovery of novel secondary metabolites with significant biological activities, improving the fermentation titers of industrial microbial strains, and production of natural product drugs by re-establishing their biosynthetic pathways in suitable microbial hosts. Synthetic biology, which is developed from systematic biology and metabolic engineering, provides a significant driving force for microbial pharmaceutical development. The review describes the major applications of synthetic biology in novel microbial secondary metabolite discovery, improved production of known secondary metabolites and the production of some natural drugs in genetically modified or reconstructed model microorganisms. Key words: microbial pharmaceuticals; synthetic biology; secondary metabolites; biosynthesis 来源于微生物的药物称为微生物药物(microbial medicine, microbial pharmaceuticals), 主要包括来源于微生物(特别是放线菌和真菌) 次级代谢产物的药物。 收稿日期: 2012-09-25; 修回日期: 2012-11-01. 基金项目: 国家“重大新药创制”科技重大专项资助项目(2012ZX09301002-001-016); 国家自然科学基金资助项目 (31170042, 81172964). *通讯作者 Tel: 86-10-63028003, E-mail: binhong69@https://www.doczj.com/doc/c912742840.html,, hongbin@https://www.doczj.com/doc/c912742840.html, 微生物药物例如抗生素, 在控制感染、免疫调节和治疗癌症等方面发挥了重要作用。目前, 已经从放线菌和真菌中发现了2万多种具有生物活性的次级代谢产物, 其中百余种成为微生物药物。随着对放线菌和真菌的持续开发利用, 直接从放线菌和真菌研制微生物新药难度越来越大, 主要原因在于: ①化合物排重难度很大(从微生物已经发现了25 000多种化合物); ②新微生物资源的分离培养工作没有突破性进展, 获得大量的、具有产生新次级代谢产物能 ·专题报道·
生物技术的现在与未来 1．人类生命的质量和数量 随着生活质量的提高，人类的寿命到2015年可以明显延长。疾病控制、定制药物、基因疗法、延缓衰老和返老还童术、记忆药物、修复医学、仿生学移植、动物移植等诸多领域的进展可以继续改善人类的生命质量并延长人类的寿命。有些领域的进展(例如人造传感器)可以使人类的生理机能超过目前的水平。在这些领域中，发达国家要比发展中国家受益更大。2．优生学与克隆技术 人类到2015年大概有能力利用遗传工程技术改良人类和克隆人类。这无疑是人类历史上争议最大的一个焦点。到2015年是否会广泛开展这项研究目前还难以预料，而且克隆人类的技术也许到2015年仍然还不够成熟。不过我们至少可以预见到会有一些利用基因疗法治疗遗传疾病的研究和带有恶作剧性质的克隆试验。目前关于克隆人类的争议最迟到2015年会达到高峰。 生物技术的革命不可避免地要带来一些问题，也可能出现目前还无法预见的改弦更张。目前在转基因食品、克隆技术和基因组图谱方面已经出现了有关伦理、道德、宗教、隐私和环境的强烈争议。这些问题的出现不应该影响生物技术的革命，不过随着受到生物技术威力影响的人群的不断扩大，生物技术在今后15年内会不断修改自己的发展历程。 生物学的革命不仅依赖于生物科学和生物技术的自身发展，而且依赖于很多相关领域的技术走向，例如微机电系统、材料科学、图像处理、传感器和信息技术等。尽管生物技术的高速发展使人们难以作出准确的预测，但是基因组图谱、克隆技术、遗传修改技术、生物医学工程、疾病疗法和药物开发方面的进展正在加快。 1．遗传图谱和DNA(脱氧核糖核酸)分析 2．克隆技术 3．转基因有机体 4．疗法和药物的开发 除了遗传学之外，生物技术还可以继续改进预防和治疗疾病的疗法。这些新疗法可以封锁病原体进入人体并进行传播的能力，使病原体变得更加脆弱并且使人的免疫功能对新的病原体作出反应。这些方法可以克服病原体对抗生素的耐受性越来越强的不良趋势，对感染形成新的攻势。除了解决传统的细菌和病毒问题之外，人们正在开发解决化学不平衡和化学成分积累的新疗法。例如，正在开发之中的抗体可以攻击体内的可卡因，将来可以用于治疗成瘾问题。这种方法不仅有助于改善瘾君子的状况，而且对于解决全球性非法毒品贸易问题具有重大影响。 疗法和药物的开发 除了遗传学之外，生物技术还可以继续改进预防和治疗疾病的疗法。这些新疗法可以封锁病原体进入人体并进行传播的能力，使病原体变得更加脆弱并且使人的免疫功能对新的病原体作出反应。这些方法可以克服病原体对抗生素的耐受性越来越强的不良趋势，对感染形成新的攻势。 生物医学工程 1．有机组织和器官 2．人造材料、人造器官和生物工程学
浅谈合成生物学 The Basic Of Synthetic Biology 姓名： 刘志洋指导老师： 吴敏 蓝田学园工学1117班 刘志洋 3110101731
浅谈合成生物学 The Basic Of Synthetic Biology 3110101731刘志洋 [摘要]:合成生物学是从人们长期以来对生命的了解和认识发展而来的，是科学研究经历积累、酝酿和萌发后水到渠成的结果，体现了对生命科学知识从学习了解到自由运用的转变；体现了对生物系统研究从拆解与还原到拼装与整合与转变；体现了对生命的认识从敬畏和膜拜到剖析和创造的转变。本文将从合成生物学研究进展、微生物基因组的合成重构、天然产物的生物合成及合成生物学在酶的定向进化中的应用等方面进行介绍，并展望合成生物学将为生物科学研究带来的巨大变化。 [关键词]：合成生物学，基因，细胞，遗传，分子。 [Abstract] Synthetic biology is from people to life long knowledge and understanding, It is science research experience accumulation, brewing and germination of success will come after the results. Reflecting life science knowledge by learning to understand the free use of transformation. Reflecting biological systems research and reduction to the assembled from disassembled and integration and change. Reflecting life from the understanding of the fear and worship to analyze and create change. In this paper, we will talk about the research progress of synthetic biology. And looking for the great changes synthetic biology will bring us. [Key words] Synthetic Biology genes cell DNA heredity. 目前合成生物学研究涵盖范围广泛，对其定义的表述不尽相同：合成生物学领域知名的网站(http：Hsyntheticbiology．org)这样描述该领域的主要研究内容：“设计和构建新型生物学部件或系统以及对自然界的已有
DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2012.05.007 · 综述· 合成生物学的关键技术及应用进展 邢玉华，谭俊杰，李玉霞，凌焱，刘刚，陈惠鹏 20 世纪的生物学研究一直着眼于对生物系统的不断分解，解剖至细胞中单个蛋白或基因，研究其结构和功能来解释生命现象。但随着当代分子生物学技术的迅猛发展，以系统化设计和工程化构建为理念的合成生物学成为新一代生物学的发展方向。合成生物学旨在对多种天然的或人工设计的生物学元件进行合理而系统的组合以获得重构的或非天然的“生物系统”，其涵盖的研究内容可以大体分为 3 个层次：一是利用已知功能的天然生物模体（motif）或模块（module）构建成新型调控网络并表现出新功能；二是采用从头合成（de novo synthesis）的方法，人工合成基因组 DNA 并重构生命体；第三个层次则是在前两个研究领域得到充分发展之后，创建完整的全新生物系统乃至人工生命体（artificial life）。合成生物学强调利用工程化的设计理念，实现从元件到模块再到系统的“自下而上”设计。利用生物系统最底层的 DNA、RNA、蛋白质等作为设计的元件，利用转录调控、代谢调控等生物功能将这些底层元件关联起来形成生物模块，再将这些模块连接成系统，实现所需的功能。这是一门涉及微生物学、分子生物学、系统生物学、遗传工程、材料科学以及计算科学等多个领域的综合性交叉学科。它有别于传统的基因工程，其目的在于组装各种生命元件来建立人工生物体系，让它们能像电路一样在生物体内运行，使生物体能按预想的方式完成各种生物学功能。合成生物学的最高境界是灵活设计和改造生命，重塑生命体。 本文就目前合成生物学采用的关键技术和研究应用进展两方面进行综述。 1 基因组的人工合成技术 2010 年 5 月 20 日，Science报道了 Venter 研究组采用化学方法合成了一个 1.08 Mb 的蕈状支原体基因组，并将其移植入一个山羊支原体受体细胞，从而创造了一个仅由合成基因组控制的新的蕈状支原体细胞[1]。这项成果在合成生物学的发展史中具有里程碑的意义。在此之前，也有许多基因组合成的成功报道。2002 年，纽约州立大学 Wimmer 实验室合成了脊髓灰质炎病毒，这是人类历史上第一个人工合成的病毒。多年来，Venter 等一直致力于合成基因组的研究。2003 年，合成了长达 5386 bp 的ΦX174 噬菌体基因组，实现了用寡核苷酸合成的方法精确合成了 5 ~ 6 kb 的 DNA 序列；2008 年，Venter 实验室又合成了生殖支原体基因组，该基因组全长 582970 bp，是已知的生物体中独立生存的最小基因组[2]；2010 年 10 月他们又发明了迄今最简单有效的基因合成技术，并以此合成了实验小鼠的线粒体基因组[3]。Dymond 等[4]的研究更进了一步，他们于 2011 年报道成功设计合成了酿酒酵母的部分染色体，这是酿酒酵母基因组人工合成计划（SC2.0 Project）取得的第一个成果，该项目的最终目标是人工合成构建酿酒酵母基因组。酵母基因组人工合成将是合成生物学发展史上又一重要的里程碑。 DNA 合成是支撑合成生物学发展的核心技术，它不依赖于 DNA 模板，可根据已知的 DNA 序列直接合成，在基因及生物元件的合成、基因回路和生物合成途径的重新设计组装，以及全基因组的人工合成中发挥重大作用。由于化学合成的 DNA 片段长度有限，要合成长的 DNA 片段需要先合成短的寡核苷酸，然后再将寡核苷酸进行拼接。因此，基因组合成的基本思路为：①按照原始基因组序列设计合成寡核苷酸；②利用各种方法将寡核苷酸拼接成较长的 DNA 序列；③以较长的序列为基础，进一步拼接得到更长的DNA 序列，拼接成完整的基因组；④将合成的基因组移植到细胞中，并验证其功能。 1.1 寡核苷酸的合成 目前寡核苷酸一般采用固相亚磷酰胺三酯法合成。寡核苷酸的长度是一个重要的参数，随着长度的延长，产率下降，纯度也降低，积累的合成错误大大增加。较短的寡核苷酸会有较少的错误，但是需要增加组装所需的重叠序列，使合成成本增加。使用 60-mer 的寡核苷酸，可以最大程度地降低错配率和生产成本[5]。 1.2 由寡核苷酸拼接成较长的 DNA 片段 寡核苷酸可以通过各种方法拼接成几百 bp 到几千 bp 的 DNA 片段。常用的体外拼接方法有以下两种：连接酶链式反应（ligase chain reaction，LCR）和快速聚合酶链式组装法（polymerase chain assembly，PCA）。 LCR 法利用 Taq 连接酶将首尾相连、重叠杂交的寡核苷酸片段连接起来，连接反应在较高温度下进行，因而可以排除 DNA 二级结构的干扰；但是基因合成的成本大大增加。 PCA 法是两条具有部分重叠的寡核苷酸互为引物互为模板进行聚合酶的延伸，延伸得到的序列再通过与其他寡核苷酸退火、延伸，进行多次循环后，最终合成目的序列。PCA 法合成成本较连接酶法大大降低。这种方法逐渐得到广泛使 基金项目：国家高技术研究发展计划（863 计划）子课题（2012AA 022001-03D） 作者单位：100071 北京，军事医学科学院生物工程研究所（邢玉华、谭俊杰、李玉霞、凌焱、刘刚、陈惠鹏）；130012 长春，吉林大学生命科学学院（邢玉华） 通讯作者：刘刚，Email：jueliu@https://www.doczj.com/doc/c912742840.html, 收稿日期：2012-07-16
人类未来发展趋势 对于生活在现在的人来说，对于未来的畅想总是很多的。我们会憧憬未来的美好，也会恐惧未来的未知，未来对于我们来说，是神秘的。因此，好奇的人总是希望能预知未来，掌握未来。那么，首先就要了解未来的发展趋势。 对于未来，很直接的会想到比现在发达，比现在进步，这都是理所应当的。发展，是人类社会不断进步的动力源泉。所以，我们的未来是，科技上的巨大进步，带动着我们生活水平和生活质量的巨大提高，整个社会也会跟现在有巨大的差别。我们可能再也用不着燃油的汽车了，不用再用人力去做各种事，一切都是智能化什么的，就像我们小时候幻想的一样。但是不管未来怎么发展，人类的未来只要还是掌握在人类手里。每个人都应该是自由的，有自己的独立的义务权利；人与人之间，都应该是平等的，互相尊重，友爱；在人类社会这个大环境里，和谐稳定，这才是人类未来发展的必然趋势。 未来的发展，总是跟经济息息相关，那么就不能说到职业的发展。当然，从现在的生活也能看出来。像现在热门的计算机行业，金融行业，未来的发展前景依旧很不错。新兴的产业，有生物技术（基因）方面的，新能源，新材料的开发，还有什么空间技术，海洋技术之类的，在未来的人类社会中都会占有很大比重。还有就是与我们人关系最为紧密的
饮食与医疗，在未来发展中更是不可或缺的。 提到生物技术，作为生命科学的学习者，我更加深切的感受到生物技术在未来人类生活会有多大作用。生物技术或者说生命科学，是有极好的发展前景的。不久的未来，我们可能通过基因治疗彻底解决那些危害人类健康的不治之症；转基因作物的大量推广，极大促进生产的发展；生物能源的应用，改善现在不合理的能源结构；微生物的发酵工程，还有蛋白质工程等等。总之，生物技术的发展，是人类未来发展趋势中重要的组成部分，生物技术的进步对于人类的未来也起着至关重要的作用。 人类的未来到底是什么的样的，我们都不敢妄断。但如今人类的活动，让我们对人类的未来，并没有完全的信心。我们大量的占用着自然资源，污染着环境，改变着自然的发展规律。我们都不敢想，未来的某一天，我们会不会生活在PM2.5达到500甚至1000的环境里，是不是还能和到天然的淡水资源，还有很多很多值得我们担忧的事。既然知道我们的未来可能变成那样，我们就不能坐以待毙，我们不仅要正确的预测未来的发展趋势，更要在这之后改变对我们人类不利的趋势，趋利避害，才能让我们人类有更长足的发展。所以说，未来如何发展，是什么趋势都不是最重要的，重要的是我们现在所做的会影响未来。