科普I合成生物学的诞生与历史

文摘   2023-01-13 10:17  

合成生物学


每一门学科的出现都有其历史必然性,合成生物学也不例外。合成生物学的出现是生物学、化学、物理学、数学和计算机科学等学科发展到一定阶段,有了一定的积淀后所导致的必然结果。分子生物学最初的发展为合成生物学提供了技术手段,系统生物学的发展为合成生物学的研究提供了从全局角度看问题的能力和理论依据,生物信息学的发展为合成生物学提供了可研究的数据和处理方法。合成生物学是站在各个学科发展的肩膀上出现的,是多学科快速发展的结果。

The Mechanism of Life


“合成生物学”最早可追溯到1910年,法国物理学家Stephane Leduc在《生命与自然发生的物理化学论》中首次提出“合成生物学”一词。一年后,他在《生命的机理》(The Mechanism of Life)一书中对其进行了初步解释,将“合成生物学”归纳为形状和结构的合成,包括形态发生、功能的合成,技能发育以及活性的有机体的组成,有机合成化学等。

开启分子生物学时代


实际上,直到20世纪中期,合成生物学技术的理论和技术基础才开始逐步建立。1953年,科学家沃森(Watson)和克里克(Crick)发现了DNA双螺旋的结构,开启了分子生物学时代,使遗传的研究深入到分子层次,“生命之谜”被打开,人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径。

1974-1978年间,波兰遗传学家Waclaw Szybalski基于基因克隆技术提出“合成生物学”的愿景,并认为“这将是一个拥有无限潜力的领域,几乎没有任何事能限制我们去做一个更好的控制回路。最终,将会有合成的有机生命体出现”。

1980年,“合成生物学”第一次在一则德语刊物中以《基因外科术:合成生物学的开始》为题的长篇论文中出现。

Synthetic Biology


自2000年以来,synthetic biology(合成生物学)一词在学术刊物及互联网上逐渐大量出现,其内涵也发生了质的变化。美国加州大学伯克利分校化学工程系教授Jay D. Keasling认为合成生物学是用“生物学”进行工程化,就如用“物理学”进行电子工程、用“化学”进行化学工程一样,是典型的以工程化理念思考与设计生物系统。

2000年,斯坦福有机化学和化学生物学教授Eric Kool重新定义了“合成生物学”,是基于系统生物学的遗传工程,标志着这一现代学科正式出现。

至此,合成生物学以崭新的面容出现在人们眼前,并迅速得到了国内外的广泛关注。并普遍认为合成生物学是一门汇集生物学、基因组学、工程学和信息学等多种学科的交叉学科,其实现的技术路径是运用系统生物学和工程学原理,以基因组和生化分子合成为基础,综合生物化学、生物物理和生物信息等技术,旨在设计、改造、重建生物分子、生物元件和生物分化过程,以构建具有生命活性的生物元件、系统以及人造细胞或生物体。合成生物学是一门结合了生命科学观察分析方法和工程学设计思维的学科,使人类通过工程方法设计、改造甚至从头合成有特定功能的生物系统。


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