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合成生物学,干细胞和脑科学--第1页
四、引领未来生物经济的合成生物学
(成都分馆先进工业生物技术情报团队)
合成生物学是在近年新兴的前沿交叉学科,融合了生物学、工程
学和信息科学等学科的理论、方法和工具。合成生物学通过重构酶、
遗传线路图和细胞等新的生物学组分和装臵,或重新设计现有的生物
学系统,来构建具有新功能或新特性的器官,以及创造自然界中尚不
存在的生物学组分和系统,进而生产有用的产品。合成生物学将会在
农业、医药、能源、化工和环保等领域发挥重大影响,引领未来科学
技术发展的重大变革。
合成生物学当前的核心研究是构建和组装新的生命有机体,从而
人工设计新的高效生命系统,进行产品与材料的生产。2010年5月,
美国克雷格〃文特尔研究所创造出了世界首例由人造基因组控制的细
胞,该成果的发布将合成生物学研究再次推向科研前沿,引起了学术
界、工业界乃至公众的广泛关注。此方面的重要现实应用之一是医学
和药物设计。例如,加州大学伯克利分校在2006年通过改造酵母代
谢途径,实现抗疟疾药物青蒿素的前体的生产。经过多年的研究,该
校在2013年又成功实现了青蒿素的半合成,成为青蒿素合成研究过
程中的一个里程碑式的突破。基于这项研究成果,法国赛诺菲制药公
司已启动了半合成青蒿素的大规模生产。另外,2012年4月,英国
剑桥大学在实验室条件下研发出模拟DNA的分子,利用该项成果制
备新药可降低或消除药物的毒副作用。
DNA存储器是合成生物学的一个重要尖端方向,DNA作为数据
存储媒介的潜力长时期吸引着研究人员的目光。2012年5月,美国
斯坦福大学通过将噬菌体的基因片段拼接到大肠杆菌的DNA中,研
制出了一种可擦写16次的记忆系统。2012年8月,哈佛医学院实现
了将DNA存储能力提高1,000倍的编码技术。2013年1月,欧洲生
合成生物学,干细胞和脑科学--第1页
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物信息学中心已将莎士比亚的154首十四行诗编码在DNA上,这成
为DNA存储方法迈向实用性的里程碑事件。
合成生物学研究的另一个重要尖端方向是活体细胞计算机,即在
活体细胞内部构建简单计算机的研究工作,期望利用类似于计算机程
序的方法来控制细胞的代谢网络、生长和分裂。2013年3月,美国
斯坦福大学利用DNA和RNA制成生物晶体管,为活体细胞计算机
的研发跨出了关键性的一步。
合成生物学研究已取得了一定的突破性成果,在充分进行风险评
估和有效监管的前提下,它将是一个拥有巨大潜力的研究领域。合成
生物学家期望有一天人类能设计一个可以操作计算机并将自身“打印”
的基因,以此方式生产工业产品,这将是在不对环境造成破坏的前提
下解决环境污染、食品和能源短缺的一种有效方案。一些科学家预计
合成生物学将创造21世纪的“晶体管”,带来工业生产模式的新变
革,为生物经济的发展注入强劲动力。
五、干细胞
(上海生命科学特色分馆人口健康与医药科技情报团队)
干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞,在一定条件下,
它可以分化成多种功能细胞,鉴于这种特性,通过将干细胞或相关衍
生产品移植入患者体内,替换损伤的细胞,将为多种“绝症”的治疗
带来希望,同时也可能为疾病的治疗带来革命性的变革。2012年,
日本京都大学教授山中伸弥和英国发育生物学家剑桥大学博士约
翰〃戈登因在细胞核重编程研究领域的杰出贡献而获得诺贝尔生理学
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