解码生命——揭秘合成生物学--中国数字科技馆

今年的国庆假期期间，一场名为“解码生命——揭秘合成生物学”的科普展览在中国科技馆举行，此次展览由中国科学技术馆主办，清华大学本科生合成生物学iGEM竞赛团队和中国生物工程学会青年工作委员会合办。

对于此次展览主题，相信很多人还是第一次听说，什么是“合成生物学”?它与我们的生活又有着什么样的联系呢?

(活动现场照片)

合成生物学的诞生

世界上所有生物体都是根据自己的遗传物质的指示来进行生长，从而表现出不同的性状，正是有了不同的遗传物质，才有了我们地球上千奇百怪的动植物和令人震撼的自然动植物景观。大多数生物的遗传物质是DNA，它的全名是脱氧核糖核酸，DNA与蛋白质和少量RNA(核糖核酸)一起被包裹在染色质中，染色质在细胞分裂时形成染色体，协助遗传物质向子代的传递。真核生物的染色质在细胞核中，而细菌等原核生物的染色质在拟核当中。

随着1953年美国科学家沃森和克里克发现DNA的双螺旋结构，分子生物学时代正式开启。我们得以了解DNA分子组成及基因序列所包含的信息。从上世纪90年代到本世纪初，科学家们通过实施人类基因组计划成功绘制了人类基因图谱，为人类了解自身做出了重要贡献。对中心法则的了解让我们认清了从基因到外部表现的整个过程，目前科学家们已经可以通过DNA重组技术，对于生物体的性状进行改造;也可以通过人工合成的方法将原本没有的基因引入细胞，改造生物系统以提供我们需要的功能，合成生物学由此诞生。

什么是合成生物学?

合成生物学(Synthetic Biology)是进入21世纪以来刚刚发展起来的一门新兴交叉学科，它是在对生命规律认识的基础上，利用工程化的思想，通过人工方式设计、制造或改造DNA等生物分子，从而来改造和优化生物系统，甚至合理引入自然界不存在的人造法则，构建全新的人造生命系统。

合成生物学是在分子生物学、生物信息学等领域对生命过程有了相当多了解之后出现的。随着近年来人类基因组计划的完成，以及各种组学(基因组学，蛋白组学，代谢组学，转录组学，脂类组学，免疫组学，糖组学和RNA组学等)的快速发展，人们通过生物信息学的方法解码出基因，破解生命系统的各类信息的传导和调控机制，分析复杂生命过程的运行法制。合成生物学从上述研究中获取原材料和信息，以核酸和氨基酸为原材料，根据已有的生物学知识，按照人们的需要，人工设计和制造基因等生物分子，在此基础上将多个基因和生物分子进行耦合，组装成具有一定功能的生物模块，并最终将多个功能模块整合成为一个系统，实现人们所希望的生物功能。合成生物学促进了对生命密码从“读”到“写”的质变，被广泛认为是将改变世界的颠覆性技术之一，为破解人类面临的资源、健康、环境和安全等重大挑战提供全新解决途径。

合成生物学研究现状

近年来，合成生物学在理论和实践方面都取得了巨大进展。研究人员在成功地制造出振荡器、双稳态开关、脉冲发生器等简单的生物回路之后，逐渐将研究对象从单个细胞内小规模调控模块的设计和改造转向大规模、系统化发展，并在多细胞分布式计算系统和人工合成生物全基因组等研究方向取得重大进展。

2006年加州大学伯克利分校实验室利用合成生物学方法，在酵母细菌内设计并整合入优化过的青蒿酸生化合成道路，成功利用改造的酵母细菌产生治疗疟疾的药物青蒿素。美国科学家文特尔所领导的研究组用化学方法从头合成了经改造的蕈状支原体细菌全基因组，然后将其植入另一种支原体细胞内，最终成功制造出了由人工合成基因组控制的细菌。2017年由美国和中国等科学家组成的联合团队合成了真核生物酵母的基因组，并计划于未来10年通过全化学方法合成高等哺乳动物的基因组。中国科学家利用合成生物学技术在治疗肿瘤、糖尿病和开放病毒疫苗方面都取得了重大突破。

未来，通过人工设计合成的生命将不断出现，这些研究将从根本上改变我们对生命体的认识，改善人类的生产生活方式。

展览回顾

展览现场，那一幅幅新颖、独特的细菌画一一陈列在展台上，吸引了许多同学观看。在一旁的iGEM队员热情的讲解细菌画的制作过程，使同学们知道了这一幅幅精美的画是如何用细菌长成的。