合成生物学及其在生物制造领域的进展与治理

合成生物学是利用工程学的设计原理改造和优化现有自然生物体系,甚至从头合成创建具有特定功能的人工生物体系,在深入理解生命本质的同时,实现在能源、材料、食品、医药、化工、环境和农业等领域的广泛应用.本世纪以来,合成生物学研究发展迅速,已经取得了一系列突破性的成果.本文简要综述了合成生物学的概念理论、技术方法和功能应用主要发展概况及其生物安全风险管理,并且就其在生物制造领域的应用进行了重点阐述,并对其未来发展,尤其合成生物学发展需要点解决的问题进行了展望.     

中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所

正中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学平台始建于2013年8月,2017年12月2日在中国科学院院长白春礼院士和深圳市副市长艾学峰的见证下成立为合成生物学研究所(以下简称"合成所")。合成所采用合成生物学的工程化设计理念,专注于人造生命元件、基因线路、生物器件、多细胞体系等合成再造研究,旨在揭示生命本质和探索生命活动的基本规律。研究所积极开展面向市场     

“合成生物学”研究前沿与发展趋势

合成生物学是关于设计和重新合成生命的一门新兴交叉融合性学科,是利用基因组测序技术、计算机模拟技术、生物工程技术和化学合成技术等,在工程学思想的指导下,通过设计生命、合成再造、重塑生命,开创全新科学研究模式,在生命科学、化学、材料学、医药与健康等多领域形成颠覆性技术。随着合成生物技术和基因编辑技术的迅速突破,合成生命有可能成为我国实现颠覆性原始创新的领域之一,为全社会带来全新的机遇与挑战。本综述围绕第193期"双清论坛"展开,聚焦于基础研究与应用基础研究,总结了"合成生物学"的研究进展、发展趋势和前沿科学问题;结合我国在该领域的研究现状和优势,分析和凝练了我国亟待关注的重要基础科学问题,探讨了前沿研究方向和应重点关注的科学问题。     

设计生命:合成生物学的安全风险与伦理挑战

合成生物学的快速发展引起学界的广泛关注。合成生物学的工程特性赋予其“设计”和“重构”的实践内涵,人为设计的生命得以加入传统的以DNA为基础的生命进化进程,进而引发了一系列安全风险和伦理问题。文章探讨了合成生物学发展历程中的标志性事件所引发的伦理争议,剖析了合成生物学面临的安全风险、伦理困境及其诱因,在借鉴欧美国家监管机制的基础上,提出我国合成生物学伦理监管的思路。     

合成生物学赋能：从学科发展到产业转化

合成生物学通过引入工程科学“自下而上”认识生命体系的理念,在生命科学研究中采用“设计—构建—测试—学习”迭代的研究范式,并在基因组和系统生物学的基础上,构建工程化的新生命体系,为生命科学提供了“从创造到理解”的新途径,不仅颠覆了从整体到局部的“格物致知—还原论”的传统研究策略,还开启了理解生命本质的“建物致知”新文化。同时,合成生物学将生物技术由“模拟自然过程”和“遗传工程改造”上升至“定量理性设计”和“标准化构建测试”的高度,推动生物工程和代谢工程朝着对标生命过程的高效率、普适性的工程化“重编程”,甚至是“从头构建”的新高度,以实现“建物致用”的目标。文章梳理了合成生物学近年来在生命科学基础研究中“建物致知”方面的重要进展,列举了其在化工、医药、食品、环境等应用领域中“建物致用”的具体案例,展现了合成生物学对人类社会全面发展正在发挥的重大影响,强调了为确保合成生物学的健康、快速发展,构建会聚生态系统与治理体系的重要性。     

合成生物与生物安全

合成生物学基于生物、化学、物理、计算、工程等多学科交叉,对生物体以工程化的方式重新设计甚至是从头合成,将克服自然进化的局限,创造超越自然生命能力的合成生物,不仅对探索生命活动基本规律具有重要科学意义,也在工农业生产、环境保护、健康保健等领域具有巨大应用前景。随着合成生物技术发展的日新月异,合成生物的应用范围日益广泛,如何保障合成生物的生物安全性成为一个极其重要并且亟待解决的关键问题。合成生物学研究中大量涉及来自于病毒、致病性细菌和真菌的强毒力基因元器件,且被设计和使用的毒性基因元件和调控元件的数目也从少数几个跃升为几十个、上百个,乃至整个基因组的重新设计和编辑改造。如果缺乏有效管控或被恶意谬用,这些人工合成生物体可能会对生态环境平衡、公共卫生安全乃至国家国防安全造成威胁。因此,在人工设计和改造生物体的过程中,必须建立系统的防范和监控体系,设计有效的方法和技术来阻止人工生命体在野外环境下的复制和增殖、遗传信息的漂移以及阻断其进化出新的环境适应性,做到完全的人工改造生物隔离,达到真正的人工可控生命目标,确保其生物安全性。文章综述了合成生物学的研究进展和合成生物潜在的生物安全性威胁,以及合成生物的生物安全性防控设计策略,并对相关安全政策规章的制定给出了建议。     

合成生物学的伦理争论:根源、维度与走向

合成生物学对生命现象的探讨从认知转向合成,研究对象从自然生命转向合成生命,由此引发大量伦理问题与争论。目前学术界对此的探讨涉及多个维度,但对不同维度特点与关系,以及各维度争论与合成生物学发展阶段内在关联的讨论相对薄弱。本文梳理合成生物学的伦理争论,归纳得出伦理争议发生的五个主要维度及其特点,具体包括：制造生命有机体的正当性问题,技术发展对宗教文化的挑战,生物安全性的伦理问题,利益风险分配的公平问题,行动自由与伦理监管的冲突。同时本文从合成生物学发展阶段出发,分析不同维度的伦理争论渐次展开并相互影响的内在逻辑。本文的探讨有助于厘清合成生物学伦理研究的混乱状态,深化理解合成生物学伦理争论中不同伦理立场的核心主张及其根据,进而明晰合成生物学伦理治理要解决的关键问题。     

资讯

<正>酿酒酵母活性染色体成功合成中国科学家利用化学物质合成了4条人工设计的酿酒酵母染色体,标志着人类向"再造生命"又迈进一大步。中国也成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。相比于原核生物基因组合成,动物、植物、真菌等真核生物具有多条线性染色体,生命形式更为复杂丰富。研究人员利用小分子核苷酸精准合成活体真核染色体,首次实现     

“合成生物学”研究前沿与发展趋势

合成生物学研究(syntheticbiology)是一门新兴研究领域,是生命科学在21世纪刚刚出现的一个分支学科。合成生物学是分子和细胞生物学、进化系统学、生物化学、信息学、数学、计算机和工程等多学科交叉的产物。近年来合成生物学发展势头强劲,许多新的技术被应用到合成生物学领域,2010年人工合成生命的出现更是引起了舆论轰动和全世界的广泛关注。鉴于此,文章对合成生物学的研究进展与发展趋势进行了阐述,以供参考。     

合成生物学的发展、挑战及应对

通过操作DNA进而操控特定生物过程和生命性状一直是生物研究的热点问题。针对如何理性设计与深度改造生物系统这一难题,合成生物学这一综合了传统生物学、工程学与计算机科学的交叉学科应运而生,进而显现出举世瞩目的巨大潜力。然而,合成生物学的发展也面临着诸多挑战和风险。本文着眼于合成生物学的思想理念,对其理论与技术体系的发展现状、技术扩散所带来的安全问题以及将来合成生物学可能的发展趋势加以深入探讨。