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合成生物学的进展与挑战

近年来，合成生物学逐渐成为生命科学领域一个备受关注的新

兴学科。它以生物体内的基础分子结构和生命复杂性为基础，通

过设计和组装DNA分子来合成或改造生物机制和生物体。虽然在

理论上，合成生物学与其他传统生物学研究相似，但是它在方法

和技术上的创新、革新，以及应用范围的拓展，使它成为一个新

的学科研究领域。本文将从合成生物学的成就和挑战两方面，探

讨其研究方向与前景。

一、合成生物学的成就

1.合成生物学的基础成就：人造基因组

20世纪末期，生物学进入了一个新时代：生物体内基序的序列

测定和人工合成基因组的技术突破。2003年，国际人类基因组计

划完成了人类基因组测序的工作,成功披露了全人类基因组对于基

础生物学研究的重要性。2010年，另一种技术方法：人工合成基

因组技术逐渐成熟，将传统遗传学进一步扩展到合成科学领域。

2010年J.CraigVenter生物学研究所报道了首个人工合成细菌基因

组，证明了人工设计DNA的可行性。接下来，ATCC公司在2017

年创建了首个全市场消费类基因科技平台：GP-write，该平台计划

在10年内开展细胞和组织工程技术研究和开发，并开发出可以在

现实生命体内生长的奇异生物模型。

2.将合成生物学应用到医学

合成生物学在医学上的应用，包括通过人工合成基因组来设计

制造可“自愈”物种，致力于改造遗传病、肿瘤以及传染性疾病细

胞，确认其生长和转换机构，以及基因素材库或基因预测模型等

等，制造特定的药物，以便更好地治疗疾病。例如，使用AiraBio

Lab中的酵母株，提取其中的细胞表面激素信号，可以治疗某些疾

病，比如过度活跃的甲状腺、癌症、和高血压等等，这些带有细

胞信号的药物被称为“靶向药物”，可以使患者的生存率和生活质

量提高。

二、合成生物学的挑战

1.法律与伦理问题

目前合成生物学面临的最大挑战就是法律、伦理问题。基于人

工合成基因，未来可以进行全新的生命体制构造与设计。科学家

们可以创建出在自然不存在的奇异“人造物”，他们既符合生命机

制，又能创造新的物质世界。比如，一种五臂的章鱼、能长双角

的羊、还有最具争议的“基因驱蚊”技术：当蚊子嗜人血过多时，

被改造的蚊子就不再有嗜人血的性质，自然可以铲除与疟疾和寨

卡病毒相关的致命疾病。但是这种谁是演化中胜出步骤目标的人

工遗传改变，面临道德问题的审计并且不能容易地得到未来合理

使用的合法常规。

2.安全性问题

作为基因科学的前沿领域，合成生物学在设计、合成、测试新

的生物系统方面都面临非常严峻的挑战。尽管研究人员（如

MITCSAIL的生物学家）开展了大量人工合成基因的安全性和稳

定性测试，以确定他们是否健康和完整、繁殖、生长和培植，以

及扩展的表观遗传学信号等等，但是考虑到生物污染，比如DNA

超级病毒和细胞的紫外线和其他环境因素，这使得相关研究必须

谨慎行事，严格管理和筛选，以确保合成生物学的安全。

3.研究合成生物学的人才需求

合成生物学是一门综合性学科，需要跨学科的协调合作。对于

生物科学家，生命化学家、生命科学工程师和其他相关的人才而

言，细胞工程和组织重构、生产工艺和范例发展等大量研究都必

须掌握。尽管教育和培训机构已经开始广泛推广生物学和生物技

术的普及计划，但是满足未来的研究和应用需求，还需要更多具

备一定创造力和思维敏捷度的多学科团队和人才的支持。

结论

总的来说，合成生物学是当代生命科学领域的一项新兴的、有

前途的前沿学科。然而，合成生物学在发展中也面临着各种各样

的挑战，例如法律与伦理、安全性问题以及研究人才的培养等方

面。但是，这些挑战也可以看作是未来合成生物学研究的重要机

遇。因此，有必要推动更多的研究与应用，团结多学科的力量与

智慧，推进人工合成基因和生命体的科学研究和应用，为生物技

术的发展谱写新的篇章。