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文丨Lisa
编丨Lisa
在《Science》杂志评选的2024年度十大科学突破中，与合成生物学相关的突破就有3项。
一、基于RNA农药的应用
基于RNA干扰（RNAi）技术的新型杀虫剂（如Calantha）是合成生物学在农业领域的应用体现。RNAi技术通过干扰害虫体内特定基因的表达来实现杀虫效果，这涉及到对生物基因表达调控机制的深入理解和运用，而合成生物学的核心正是对生物系统进行设计和改造，以实现特定的功能。
在这种情况下，通过合成生物学手段设计能够特异性干扰害虫关键基因的RNA分子，从而达到精准防治害虫的目的。
创新点与优势：该技术的创新之处在于其精准性和环保性。与传统杀虫剂相比，它能够更精准地针对特定害虫，减少对非目标物种的伤害，这符合合成生物学追求高效、精准和环境友好的理念。
例如，Calantha专门用于对抗科罗拉多土豆甲虫，通过干扰其体内特定基因表达，阻止关键蛋白质合成，在几天内杀死幼虫，有效解决了该害虫对传统杀虫剂产生抗药性的问题，每年可减少全球约5亿美元的作物损失。
未来发展方向：尽管RNA农药具有诸多优势，但害虫可能逐渐进化出抵抗能力。实验室测试表明，科罗拉多土豆甲虫和玉米根虫在高剂量暴露下可以发展出对RNA的抗性。因此，未来的发展方向之一是如何合理使用RNA农药以保持其长期有效性，例如优化使用剂量、频率和组合策略等。
二、新细胞器硝化体的发现
在海洋藻类中发现的硝化体这一新细胞器，其能够固定大气中的氮气并转化为氨，这一发现为未来开发自给氮肥的作物提供了可能性，与合成生物学在农业领域的应用潜力密切相关。
从合成生物学角度看，理解硝化体的形成机制、功能特性以及其与宿主藻类的共生关系，有助于通过合成生物学手段将这种固氮能力引入到农作物中，实现农作物的自主固氮，减少对化学氮肥的依赖，这是合成生物学在改善农业生产方式、提高农业可持续性方面的一个重要研究方向。
潜在应用价值：在硅藻中发现的类似固氮结构以及含有特定固氮蓝细菌的硅藻，为进一步理解固氮机制及其应用于农作物提供了更多线索。
一旦能够成功将硝化体或类似固氮机制引入农作物，将极大地改变农业的肥料使用模式，降低生产成本，减少环境污染，对全球农业可持续发展具有深远意义。
三、CAR-T细胞基因疗法治疗自免疾病
CAR-T细胞基因疗法是合成生物学在医学领域的典型应用。该疗法通过从患者体内提取T细胞，然后利用基因工程技术对其进行改造，使其能够识别并摧毁特定的细胞（在治疗自身免疫性疾病中是攻击自身组织的B细胞），这涉及到对细胞基因进行精确编辑和改造，是合成生物学在细胞层面的复杂操作。
通过合成生物学手段设计和构建能够特异性识别目标细胞的CAR（嵌合抗原受体），并将其导入T细胞中，重新编程T细胞的功能，实现对疾病相关细胞的精准攻击，从而达到治疗目的。
创新点与优势：在自身免疫性疾病治疗方面，CAR-T细胞基因疗法提供了一种全新的治疗策略。与传统的免疫抑制药物相比，它具有潜在的更高效性和更少的副作用。
例如，在针对狼疮、硬皮病、多发性硬化症等自身免疫性疾病的研究中，德国的研究人员报告了15名患者接受治疗后的积极效果，其中8名狼疮患者实现了无药缓解，其他患者症状也有所改善。
未来发展方向：科学家们正在努力了解严重副作用（如免疫过度反应）的发生频率，以及完全缓解的普遍性和持续时间。此外，如何优化CAR的设计以提高其特异性和有效性，减少脱靶效应，同时降低生产成本，使更多患者能够受益，也是未来发展的重要方向。
这需要在合成生物学技术上不断创新和改进，例如开发更精准的基因编辑工具、优化CAR的结构和功能等，以推动CAR-T细胞基因疗法在自身免疫性疾病治疗领域的进一步发展。
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