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相对论与结构论
benlion 2011-7-31 16:36
相对论与结构论
前天,不是昨天,我做了一个奇怪的梦,今天才决定把它写进博文里。 80-90年代,基于对时空、物质、能量与信息,宇宙与生命的思考,我认为结构是比时空更根本的概念;因此,86年写作《结构论》时采用英文“Structurity”对于相对论(relativity)的词汇后缀。 90年代-21世纪初在海外的十载,每次面试时,总有教授问及我简历中的“Structurity”和“Pan-Evolution Theory”,当我提及基于以上原因和达尔文进化论基础上提出生物系统(Biosystems)的进化理论时,有些说到在中国那样的环境不可能产生爱恩斯坦那样的理论。 问题是,我并不是要或认为自己要与世界最伟大的科学理论家去比拟,而只是借鉴了一个术语的表达或造词汇的方式而已。 前天,夜里的一个梦是爱恩斯坦老态龙钟,手里拿着一本发黄的中译本相对论,里面还有几页撕裂了,还我跟他在一个山坡上躺着和坐着,他在书中夹带绵袄类的布料或是布料与书夹杂一起,他走开在旁边,还我就在仔细地阅读和思考那书中的数学方程式和演算方法。 醒来后,确实觉得奇怪,不知道是何意?今天才决定写下来,以免忘记了。 - “相对论与结构论”( http://blog.sina.com.cn/s/blog_825f70010100sz84.html ) - :“结构论 - 生物系统的泛进化理论”英文介绍1999年我建立网站在线刊登,主要是分子、细胞到器官、个体系统的节律稳态模型和系统论、生物技术和生物信息技术,生物系统和人工生物系统的系统生物科学与工程等观点。 当时,为许多著名研究机构的生物信息学网页链接,比如,以色列魏兹曼研究所,北京医科大学等,另,惊奇的还有国际上一物理学家将其链接在弦论的网页上等。 (我的生物系统模型图 - 1999年在线) (我的节律稳态原理图 - 1999年在线) (2007年Alon的系统生物学著作 - 封面图,另,Nature上有科学家发表系统生物学与合成生物学的“Oscillator”、“structure theory”等理论论文) (我1999年筹办国际会议的细胞分子电子学与转基因整合 - 原理图,会议通知和网站地址1999年刊登在 Nature和Kybernetes等 ) :90年代我的国内文章的英译:On the concept of system biological engineering, Transgenic animal expression system - transgenic egg plan (Goldegg Plan), Transgenic avian used as oviduct bioreactor for pharmaceutical expression, From positive to synthetic medical science, Structure theory of self-organization systems, Communication on Transgenic Animals, 1994- 1996. (图片版权所有,未经许可不得转载)
个人分类: 2011|3447 次阅读|2 个评论
1996-1999年度
benlion 2011-7-28 13:05
系统科学和新老三论,诞生于二战时期及之后的 60-80 年代,钱学森的重大贡献是工程控制论,并且,在中国 80 年代导致了系统科学、系统哲学的热潮,还此时期的欧美正在发生一场分子生物学的革命,分子、组学和计算生物技术等形成。 中国在引进或学习西方科学的怠后现象,反而导致了一种奇特现象: 80-90 年代关于中医药和中国哲学的系统思维探讨,中医药的现代分子生物技术研究,这两个趋势或观念在 1996-1999 年代于北京中关村的中科院的微生物学研究所、发育生物学研究所里融合或集聚在了一起。 系统科学理论和数学方法是计算机科学、自动化和信息技术的理论基础,系统科学在后期又发展出人工智能、人工生命、人工进化、进化算法、遗传算法和在 90 年代的互联网时代的网络系统研究等,计算机、通讯技术在硬件上向集成电路、非晶有机分子元件、纳米化学、 DNA 计算技术等发展。 分子生物学和生物工程技术, 80-90 年代转基因生物、基因组计划和基因合成、基因测序、基因调控表达、神经科学、细胞信号传导、代谢网络等研究也进入了一个规模化、高通量和系统化( systematic )实验研究的时期。 尽管系统生物学词汇( Systems Biology )在 1968 年的国际系统论与生物学会议 * 提出, 60-80 年代的系统生态学、系统生理学已经发展;但是, 90 年代我提出系统医药学、系统遗传学和系统生物工程等,开始于 80 年代中医药的系统思维和 90 年代西医学的分子生物技术、计算机软件方法的探讨 - 分子、细胞到器官、个体的 “Oscillation and Patterning” 的生物系统模型。 1996-1999 年度,组织和筹办国际会议和协会,并广泛与系统、计算机、纳米、生物技术、生物医学工程等学科领域的科学家通信时期,才明确阐述系统论和实验、计算与工程方法结合研究生物系统与人工生物系统的概念;而且,也只有此时期, Church G. 等组学芯片的系统( systematic )实验方法、文特尔和 Tomita 的 e-cell 软件研究、 Leibler 的代谢系统鲁棒性理论发表等。 也就是说, 1996-1999 年之前系统方法(systems approach)的生物学研究和系统伦、控制论等理论基础已经形成,但仍然是生态学和生理学等层面的学科;因此, 1999 年我在筹备国际会议和协会开头说的就是分子生物学、转基因技术和计算机科学迅速发展,到了结合起来研究生物系统的时期。 *, Mihajlo Mesarovic ,美国 Cleveland 的 Case Institute of Technology 。 (历史回顾)
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[转载]合成生物学在中国的发展
nooney1986 2011-7-22 17:07
合成生物学,简单而言就是以人工手段制造生物系统,与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造的办法不同,合成生物学的研究方向完全是相反的,它是从最基本的要素开始一步步建立零部件。与基因工程把一个物种的基因延续、改变并转移至另一物种的作法不同,合成生物学的目的在于建立人工生物系统(artificial biosystem),让它们像电路一样运行。这一学科之所以被誉为第四次科技浪潮中的弄潮儿,在于它可将impossible变成every thing is possible,合成生物学的最高境界是灵活设计和改造生命,重塑生命体。这门学科真正进入大众视野,是缘自2010年首个人造单细胞生物“辛西娅”(Synthia)的诞生,这一发现也入选了2010年Science十大科学突破。近年来,能源危机不断升级,将合成生物学应用到能源领域中的想法也顺势而生,用细菌造石油成为可能。 在这篇文章中,研究人员介绍了目前中国合成生物学研究的现状和一些不同的研究亚方向,比如遗传线路图(genetic circuit),最小基因组(minimal genomes),化学合成生物学,原细胞(protocells)和DNA合成,以及对于国内合成生物学发展的展望,这篇文章对于解析目前这一领域的发展具有重要的意义。其中这遗传线路图,俗称“基因线路”(gene circuit)。在合成生物学中,是由各种调节元件和被调节的基因组合成的遗传装置(genetic device),可以在给定条件下可调、可定时定量地表达基因产物。利用转录水平、转录后水平等的控制机制,合理组合转录基元、基础基因线路、基因模块的拓扑结构,目前遗传线路的功能主要可以分为两大类:逻辑基因线路(模拟各种逻辑关系和数字元件的遗传线路)和其他功能基因线路(具有特定生物功能的遗传线路)。 与20世纪七八十年代遗传工程的相关争论非常类似,合成生物学一经出现立刻引起了社会方方面面的广泛关注,相应的道德规范和防范措施已经成为所有相关国际会议的主要议题之一。有关合成生物学的伦理争议大多集中在两种观点上:一是合成生物学家人工制造自然界中没有的生命,违背了上帝有关生命法则的旨意以及顺应自然发展规律的伦理;二是合成生物学家人工合成生命违背了尊重生命的伦理原则。不管如何,随着用于进行合成生物学研究的各项技术,如遗传工程技术、微生物工程技术、计算机技术和合成基因组学技术的日趋成熟,合成生物学的研究将取得更大的进步,并在解决人类能源、环境、医疗、药物生产等问题上发挥更大的作用。 文章的通讯作者是奥地利国际对话与冲突研究所生物安全组裴雷博士,其他研究人员包括中科院植物研究所魏伟博士,以及国际对话与冲突研究所Markus Schmidt博士。
个人分类: 生物实验室|1058 次阅读|0 个评论
让进化生物学帮忙:合成生物学实例一则
热度 2 dxd 2011-5-22 02:14
先分享一篇新闻报道。 Directed evolution gets a significant speed boost 里面介绍了哈佛大学以及 Howard Hughes 医学院 Davied Liu 研究组的一项最近成果 ( 原始论文链接 )。这里作个简要介绍,并且附上我的一点评论。 合成生物学(synthetic biology)听起来是个新概念,但已有多年历史。这门学科近年常常与系统生物学(systems biology)相提并论,因为它往往要利用后者的一些进展以及思路。但两者其实并不一定要绑在一起。在这个例子中,作者们利用的是进化生物学的思路,而且是很简单的一条规律:定向选择。 作者打算用某种噬菌体来生产某种蛋白。这里暂且将这种蛋白叫作GOI,其编码基因称作goi。我们知道,要让噬菌体的基因得到表达,必须让它侵入某种细菌,让宿主的DNA复制、转录、翻译系统为它所用。在这个例子中,这种噬菌体需要用到另外一个基因,称作piii,能编码产生蛋白质PIII,否则就不能成功地让宿主细菌帮助自己完成复制。 现在的问题是:同样一段goi基因,其序列是有变异的,也就是说,存在很多的等位基因(alleles)。有一些表达出来的GOI活性高,有一些对应的活性就低。现在,作者们希望得到活性最高的一种,并且使得合成效率达到优化。但目前很难确定每种allele的序列与对应GOI活性的关系。就算知道了,也很难保证噬菌体在培养过程中不会产生低活性的突变。 作者们想出了一个好点子:把piii这个基因从噬菌体身上拿掉,转到细菌的基因组里面去。并且还使得piii的表达受制于GOI活性的高低。这样,当噬菌体侵入到了细菌体内,其goi基因就在细菌的一整套设备帮助下,合成出了GOI。当GOI活性越高的时候,piii就被表达得越多,使得这个噬菌体得到的复制数量,也就是产生的后代数量越多。 结果是,对于某个噬菌体而言,它产生的GOI活性越高,它自身的繁殖就越成功。如果它产生的GOI活性不高,就会在一代一代的竞争中被淘汰掉。如果有新的变异体出现,而且这个新的变异体能够产生活性比以往都高的GOI,它就会逐渐排斥掉原来的那些同类,在种群中占据主导。在如此设计的噬菌体-细菌联合培养体系中,经过大约200代的培养后,就能够保证稳定地得到最高活性的GOI了。 此项研究还涉及到其它的目标和更多细节。感兴趣的朋友可以通过上面的链接去看原文。 ××××××××××××××××××× 在这个研究实例中用到的生物学规律很简单。从进化生物学上讲,只要了解种群遗传学的最基本模型,会算适合度,就可以了。另外就是分子生物学技术:只要会做基因转染,并且知道如何实现让一种基因的产物去调控另外一个基因的表达,也就足够了。其它所需要的只是背景知识:比如这种蛋白质是什么结构,这种噬菌体是什么样子,宿主细菌需要的培养条件等等……都不难。 要做出有用的东西,很多时候不需要多么高深的理论、多么复杂的知识。但是所用到的理论必须足够 严谨 ,用到的知识必须足够 可靠 。除此之外,就是要善于动脑。像这个例子当中,最核心的地方其实就是想办法让目的基因的活性去决定噬菌体的适合度。想到这一点,并且通过巧妙的设计去实现这一点。这就是科研的价值所在。 另外,我希望这类的工作会越来越多,并且能够利用到更多的生态学、进化生物学规律。很多时候,学术界的人会在一些模糊不清的问题上陷入无意义的争论。其实把一些辩不清的难题交给工程师们,让他们在应用中理清思路,认清问题,搞清因果条件,说不定比天天写文章灌水的科学家们更有效,更严谨。这样反过来也能促进基础科学的发展。 说到这里想起来,以企业为主导的研究有时候反而能够催生更有水平的理论进展。比如Qiagen公司生产的用于研究miRNA的miScript试剂盒。这个东西其实揭示了几个很普遍的规律,比许多纯学术机构搞出来的东西强多了。下回再表。
个人分类: comments|8335 次阅读|3 个评论
合成生物学(synthetic biology)研究动态(30天内)
xupeiyang 2011-1-13 09:48
Provider: Quertle (www.quertle.info) Content: text/plain; charset=UTF-8 TY- JOUR TI- How molecular should your molecular model be? On the level of molecular detail required to simulate biological networks in systems and synthetic biology. AU- Gonze, Didier AU- Abou-Jaoud, Wassim AU- Ouattara, Djomangan Adama AU- Halloy, Jos PY- 2011 T2- Methods in enzymology J2- Methods Enzymol UR- http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21187226 VL- 487 SP- 171-215 N2- The recent advance of genetic studies and the rapid accumulation of molecular data, together with the increasing performance of computers, led researchers to design more and more detailed mathematical models of biological systems. Many modeling approaches rely on ordinary differential equations (ODE) which are based on standard enzyme kinetics. Michaelis-Menten and Hill functions are indeed commonly used in dynamical models in systems and synthetic biology because they provide the necessary nonlinearity to make the dynamics nontrivial (i.e., limit-cycle oscillations or multistability). For most of the systems modeled, the actual molecular mechanism is unknown, and the enzyme equations should be regarded as phenomenological. In this chapter, we discuss the validity and accuracy of these approximations. In particular, we focus on the validity of the Michaelis-Menten function for open systems and on the use of Hill kinetics to describe transcription rates of regulated genes. Our discussion is illustrated by numerical simulations of prototype systems, including the Repressilator (a genetic oscillator) and the Toggle Switch model (a bistable system). We systematically compare the results obtained with the compact version (based on Michaelis-Menten and Hill functions) with its corresponding developed versions (based on elementary reaction steps and mass action laws). We also discuss the use of compact approaches to perform stochastic simulations (Gillespie algorithm). On the basis of these results, we argue that using compact models is suitable to model qualitatively biological systems. N1- Exported from www.Quertle.info. Search query: Synthetic biology. ER- TY- JOUR TI- Large-Scale Discovery and Characterization of Protein Regulatory Motifs in Eukaryotes AU- Lieber, Daniel S AU- Elemento, Olivier AU- Tavazoie, Saeed PY- 2010 T2- PLoS ONE J2- PLoS One UR- http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3012054/ VL- 5 IS- 12 DO- 10.1371/journal.pone.0014444 C2- 3012054 N2- The increasing ability to generate large-scale, quantitative proteomic data has brought with it the challenge of analyzing such data to discover the sequence elements that underlie systems-level protein behavior. Here we show that short, linear protein motifs can be efficiently recovered from proteome-scale datasets such as sub-cellular localization, molecular function, half-life, and protein abundance data using an information theoretic approach. Using this approach, we have identified many known protein motifs, such as phosphorylation sites and localization signals, and discovered a large number of candidate elements. We estimate that 80% of these are novel predictions in that they do not match a known motif in both sequence and biological context, suggesting that post-translational regulation of protein behavior is still largely unexplored. These predicted motifs, many of which display preferential association with specific biological pathways and non-random positioning in the linear protein sequence, provide focused hypotheses for experimental validation. N1- Exported from www.Quertle.info. Search query: Synthetic biology. ER- TY- JOUR TI- Exploiting plug-and-play synthetic biology for drug discovery and production in microorganisms. AU- Medema, Marnix H AU- Breitling, Rainer AU- Bovenberg, Roel AU- Takano, Eriko PY- 2010 T2- Nature reviews. Microbiology J2- Nat Rev Microbiol UR- http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21189477 N2- One of the most promising applications of synthetic biology is the biosynthesis of new drugs from secondary metabolites. Here, we survey a wide range of strategies that control the activity of biosynthetic modules in the cell in space and time, and illustrate how these strategies can be used to design efficient cellular synthetic production systems. Re-engineered versions of secondary metabolite biosynthetic pathways identified from any genomic sequence can then be inserted into these systems in a plug-and-play fashion. N1- Exported from www.Quertle.info. Search query: Synthetic biology. ER- TY- JOUR TI- Introduction of customized inserts for streamlined assembly and optimization of BioBrick synthetic genetic circuits. AU- Norville, Julie E AU- Derda, Ratmir AU- Gupta, Saurabh AU- Drinkwater, Kelly A AU- Belcher, Angela M AU- Leschziner, Andres E AU- Knight, Thomas F, Jr PY- 2010 T2- Journal of biological engineering J2- J Biol Eng UR- http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21172029 VL- 4 IS- 1 SP- 17 N2- ABSTRACT: BACKGROUND: BioBrick standard biological parts are designed to make biological systems easier to engineer (e.g. assemble, manipulate and modify). There are over 5,000 parts available in the Registry of Standard Biological Parts that can be easily assembled into genetic circuits using a standard assembly technique. The standardization of the assembly technique has allowed for wide distribution to a large number of users -- the parts are reusable and interchangeable during the assembly process. The standard assembly process, however, has some limitations. In particular it does not allow for modification of already assembled biological circuits, addition of protein tags to pre-existing BioBrick parts, or addition of non-BioBrick parts to assemblies. RESULTS: In this paper we describe a simple technique for rapid generation of synthetic biological circuits using introduction of customized inserts. We demonstrate its use in Escherichia coli (E. coli) to express green fluorescent protein (GFP) at pre-calculated relative levels and to add an N-terminal tag to GFP. The technique uses a new BioBrick part (called a BioScaffold) that can be inserted into cloning vectors and excised from them to leave a gap into which other DNA elements can be placed. The removal of the BioScaffold is performed by a Type IIB restriction enzyme (REase) that recognizes the BioScaffold but cuts into the surrounding sequences; therefore, the placement and removal of the BioScaffold allows the creation of seamless connections between arbitrary DNA sequences in cloning vectors. The BioScaffold contains a built-in red fluorescent protein (RFP) reporter; successful insertion of the BioScaffold is, thus, accompanied by gain of red fluorescence and its removal is manifested by disappearance of the red fluorescence. CONCLUSIONS: The ability to perform targeted modifications of existing BioBrick circuits with BioScaffolds (1) simplifies and speeds up the iterative design-build-test process through direct reuse of existing circuits, (2) allows incorporation of sequences incompatible with BioBrick assembly into BioBrick circuits (3) removes scar sequences between standard biological parts, and (4) provides a route to adapt synthetic biology innovations to BioBrick assembly through the creation of new parts rather than new assembly standards or parts collections. N1- Exported from www.Quertle.info. Search query: Synthetic biology. ER- TY- JOUR TI- Cellulase-Xylanase Synergy in Designer Cellulosomes for Enhanced Degradation of a Complex Cellulosic Substrate AU- Moras, Sarah AU- Barak, Yoav AU- Caspi, Jonathan AU- Hadar, Yitzhak AU- Lamed, Raphael AU- Shoham, Yuval AU- Wilson, David B AU- Bayer, Edward A PY- 2010 T2- mBio J2- mBio UR- http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2999897/ VL- 1 IS- 5 DO- 10.1128/mBio.00285-10 C2- 2999897 N2- IMPORTANCE: Global efforts towards alternative energy programs are highlighted by processes for converting plant-derived carbohydrates to biofuels. The major barrier in such processes is the inherent recalcitrance to enzymatic degradation of cellulose combined with related associated polysaccharides. The multienzyme cellulosome complexes, produced by anaerobic bacteria, are considered to be the most efficient systems for degradation of plant cell wall biomass. In the present work, we have employed a synthetic biology approach by producing artificial designer cellulosomes of predefined enzyme composition and architecture. The engineered tetravalent cellulosome complexes contain two different types of cellulases and two distinct xylanases. Using this approach, enhanced synergistic activity was observed on wheat straw, a natural recalcitrant substrate. The present work strives to gain insight into the combined action of cellulosomal enzyme components towards the development of advanced systems for improved degradation of cellulosic material. N1- Exported from www.Quertle.info. Search query: Synthetic biology. ER-
个人分类: 生物科学|5539 次阅读|0 个评论
2011年科研热点信息分析:合成生物学:想想多细胞
xupeiyang 2011-1-4 19:43
《自然》杂志预测2011年科研热点 http://news.sciencenet.cn//htmlnews/2011/1/242378.shtm 合成生物学:想想多细胞 科学家不用非得通过单个细胞弄清复杂的合成生物学了,我们可以期待有更多关于细胞群体行为的文章在今年发表。利用细菌来制药或许会成为现实。 New year, new science http://www.nature.com/news/2010/101231/full/469012a.html Synthetic biology: think multicellular No longer will scientists have to cram complicated synthetic biology into a single cell. Last year, researchers engineered an entire colony of bacteria to periodically fluoresce in unison, and we can expect many more papers exploring the behaviour of collections of cells. The goal is to exploit this teamwork to give bacteria useful functions such as producing medicinal drugs. http://www.gopubmed.org/web/gopubmed/1?WEB01lys5moqoa0ueI1tI37I00h001000j100200010 142 documents semantically analyzed 1 2 Top Years Publications 2007 17 2009 14 2004 12 2008 11 2005 9 2010 8 2006 8 1999 7 1988 7 2003 6 2001 6 2000 5 2002 5 1998 5 1997 3 1996 3 1995 2 1994 2 1992 2 1984 2 1 2 1 2 Top Countries Publications USA 55 Germany 11 Japan 9 Switzerland 7 Canada 6 China 5 Australia 5 United Kingdom 5 Spain 4 South Korea 4 Netherlands 3 Poland 2 Czech Republic 2 France 2 Hungary 2 Italy 2 Norway 2 Austria 1 Romania 1 Denmark 1 1 2 1 2 3 4 5 Top Cities Publications Mainz 4 San Diego 4 Princeton 4 Seoul, South Korea 4 Columbia, MO, USA 3 Basel 3 Bethesda 3 Austin 3 Chicago 3 Barcelona 2 Prague 2 Berkeley 2 Durham 2 Mnster 2 Madison 2 Budapest, Hungary 2 East Lansing 2 Pasadena, CA, USA 2 Salt Lake City 2 Guangzhou 2 1 2 3 4 5 1 2 3 ... 6 Top Journals Publications P Natl Acad Sci Usa 8 Nature 4 Biomaterials 4 J Bacteriol 3 Tissue Eng 3 J Biol Chem 3 J Cell Physiol 3 Curr Opin Biotechnol 2 J Am Chem Soc 2 Birth Defects Res C Embryo Today 2 Tissue Eng Part A 2 In Vitro Cell Dev-an 2 Cancer Res 2 J Cell Sci 2 J Appl Genet 1 Physiol Res 1 Bmc Syst Biol 1 Febs J 1 Arthritis Rheum 1 J Theor Biol 1 1 2 3 ... 6 1 2 3 ... 115 Top Terms Publications Animals 80 Humans 53 Proteins 42 Genes 42 extracellular region 31 Tissues 31 Peptides 27 Nature 25 Extracellular Matrix 24 Mice 24 Cells, Cultured 24 signal transduction 22 extracellular matrix 21 Models, Biological 20 Membranes 19 membrane 19 Amino Acid Sequence 19 Cell Adhesion 19 Biology 18 Gene Expression 18 1 2 3 ... 115 1 2 3 ... 28 Top Authors Publications Mller W 3 Cho C 3 Seo S 3 Akaike T 3 Quinn T 3 Glinsky V 3 Glinsky G 3 Weber W 2 Schroeder H 2 Wiens M 2 Hubbell J 2 Zhou T 2 Basu S 2 Choi Y 2 Mossine V 2 Deutscher S 2 Nie Q 2 Lee D 1 Kiener H 1 Watts G 1 1 2 3 ... 28
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施履吉先生二三事
secondary 2010-12-21 10:52
12月14日中午12时许,著名细胞生物学家、中国科学院院士施履吉先生离开了我们,享年九十四岁。第二天,上海气温骤降,天空飘起了大雪,到傍晚已是满树银花,灯光下显得格外晶莹。 施先生是我岳父的同学、室友,两人还有个共同的业余爱好:玩半导体收音机。岳父在世时经常说起施先生,到最后几年他记忆力明显减退,但对年轻时的好友反而格外想念。每年春节我们回南京家中团聚时,岳父总是再三交待外孙女“向施爷爷问好”,以致岳母常常嗔怪道:“单今天早上你就说了五遍!” 尽管有这层关系,我们平时也不常走动。施老在细胞所(后与生化所合并为生物化学与细胞生物学研究所),我在植生所(后与昆虫所合并为植物生理生态研究所),两所不在一个园区。雷打不动的是每逢春节的拜年,而施先生和师母倪祖梅老师总要给我们渐渐长大的女儿塞压岁钱。 给我印象很深的是施先生的一次会议发言。大概是在1998年,几家生命科学研究所在江苏常熟召开发展战略研讨会。施先生的发言非常生动,他说我们就是要搞“狼心狗肺”,大意是指异种器官在医学上是有价值的,尤其是猪的器官。他是仪征人,乡音很重,而我是扬州人,两地相距不足30公里。我听他讲话特别亲切:乡而不土,幽默中透出睿智。 他提倡的另一件事是合成生物学。很早他就说,只研究一个基因不一定能了解这个基因的功能,往往是很多基因一起工作。谈到近年启动的转基因重大专项,他认为应该尝试染色体转移。他一直对大片段转移和人工染色体感兴趣,早在合成生物学热起来之前,他就在讲这个问题,讲合成生命,而且说起来就显得特别兴奋,希望我们有人能将他建立的实验系统继承下去。 两个月前我和夫人去医院看望他,那时他的身体情况已经非常令人担忧了。见到我们来,他只说了一件事——合成生物学,以至于看望病人的常规问候语都显得多余。当时我们真不忍心听他讲,怕他太吃力,怕他太激动。听倪老师说,他为这次见面特地做了功课,还写了几行字。大概是因为手抖,字迹已经不易辨认了。我想,老人在最后的日子里,真的是把生命科学看得比自己的生命还重要。 2005年12月我当选为中国科学院院士。在家休息的施先生听到这个消息后非常高兴,提议待来年春暖花开时请我和另一位新当选院士吃饭,三家小聚。然而由于大家都忙,此事一拖再拖,到后来施老的身体已经不允许过多的户外活动了。没能满足老人家这个小小的愿望,我一直感到内疚,觉得自己没有尽到责任。 “此情可待成追忆,只是当时已惘然。” 在上海生命科学大院里,曾经活跃着一批上世纪三十至五十年代从海外学成回国的科学家,施履吉先生是其中的一位。他们是我国现代生物学的奠基者,是微观生物学或曰实验生物学各分支学科的开路先锋。他们追求科学真理,热爱祖国和人民,虽饱经沧桑而热情不减。他们精力最为旺盛的阶段是在困难中度过的,等到我们国力发展、科研条件大为改善时,他们又提携后生,把希望留给了我们。
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[转载]生命自己的生命——合成生物学指引我们向何方?
热度 1 haohaobaba 2010-11-15 14:04
原文: http://www.newyorker.com/reporting/2009/09/28/090928fa_fact_specter?currentPage=1 转载自: http://songshuhui.net/archives/22593.html 当Jay Keasling在大约10年前第一次听到青蒿素这个词的时候,他完全不知道这是什么玩意儿。 毫无头绪。 Keasling,这位来自伯克利加州大学的生化工程学教授如此回忆道。尽管青蒿素已经成为了世界上最重要的治疗疟疾的药物,Keasling并不是传染病方面的专家。但他非常凑巧的参与了一门新学科的创造过程:合成生物学结合了工程学,化学,计算机以及分子生物学一门致力于集合必要的生物工具来重新设计这个大千世界的新兴学科。 科学家们熟练操控基因的时间已经长达几十年了;在各种各样的微生物中插入,剔除又或者改变基因,已经是万千实验室中的常规操作了。Keasling和他那些来自全世界并且数量急速增加的同事们却有着一些更加激进的念头。他们尝试着利用基因的序列信息和人工合成DNA,去改装细胞的新陈代谢路径从而使得细胞具有全新的功能,例如生产化学物质和药品。他们的最终目标是尝试从无到有地构建基因以及新的生命形式。Keasling和其他人所做的是整合那些用以铸造新系统的生物因子来自麻省理工学院并且参与创立这个领域的资深科学研究者Tom Knight将它命名为生物砖石。每一块生物砖石都由标准化的DNA片段组成,可以被用于创造或修改细胞。 如果你的硬盘挂了,你可以去最近的一家电脑用品商店,买一个新的然后换上,Keasling说,因为它是一个按照标准而制作的机器部件。整个电子行业都以即插即用为宗旨。拿到一个晶体管,把它插进对应位置,大功告成。在一部手机或者笔记本电脑中可以用的零部件,在另一台中照样可以用。这个原理也同样适用于几乎所有的东西:当你去Home Depot(家得宝)买东西的时候,你不用考虑你买的那把螺栓的螺纹尺寸,因为它们全是按照统一标准制作的。为什么我们不以同样的方式应用生物学呢?Keasling和这个领域中其他人的工作地点,分属于旧金山海湾地区和麻省剑桥市,地跨北美两端(或者说Keasling和这个领域中其他人的工作地点,分属于美国东西海岸的旧金山海湾地区和麻省剑桥市)这些人视细胞为硬件,基因编码为软件,努力令这个新系统运行起来。合成生物学家相信,只要有足够的知识信息,他们可以写出控制基因组件的程序使他们不仅可以改变自然,甚至可以引导人类演化的过程。 从来没有任何科学成就许下这样不可思议的承诺,也没有哪个科学成就曾背负着如此巨大的风险,或者有着如此清晰的被蓄意滥用的可能性。新技术所带来的好处从转基因食品到药物学奇迹经常会被夸大其词。但如果合成生物学成功了,他们将把特化的分子转化为可以自给自足的微型工厂,制造出便宜的药物,干净的能源,还可以造出新型生物,帮我们吸走大气中多余二氧化碳。 2000年,Keasling致力于寻找一种可以展现合成生物学工具作用的化学物质。他把目光投向了一类叫做类异戊二烯的有机分子,这类物质与和多种植物的香味、口味甚至颜色都息息相关,例如桉树,姜,肉桂,还有向日葵的黄色和番茄的红色。有一天一个研究生过来跟我说,看看这篇论文,是有关青蒿酸(青蒿素前体)合酶的,Keasling告诉我说,那时我们正在他位于Emeryville的办公室,与旧金山隔了海湾大桥遥遥相望。他刚刚被任命为能源部新设立的联合生物能源研究所CEO,这个研究所是三个国家实验室和三个大学联合研究的一部分,以Lawrence Berkeley国家实验室为首。这个联合组织的首要目标就是设计并且生产一种排放很少或者不排放温室气体的新型人造能源,这也是Obama总统最常提到的需要优先解决的问题。 Keasling不知道应该怎样回答他的学生。青蒿酸,我说,那是什么?他告诉我那是青蒿素的前体,而青蒿素是一种有效的抗疟疾药。我从来没有研究过疟疾。但是我做了简要的调查,很快意识到这个前体同我们计划研究的东西同属一类。我想,青蒿酸也是一个不错的研究对象。让我们行动吧。 疟疾每年大约会感染5亿世界上最贫困的人,并且致使其中多达100万人丧生,丧生者多数是5岁以下的儿童。几个世纪以来,标准的治疗方法是使用奎宁,或者是其衍生物氯喹。由于氯喹每剂量只需10美分,便宜又简单易合成,它拯救了数以百万的生命。但是到了90年代早期,最致命的传播疟疾的寄生虫Plasmodium falciparum(镰状疟原虫)对这种药产生了抗药性。更糟糕的是,候补的治疗药,乙酰嘧啶磺胺多辛,或简称SP,也大规模地失效了。青蒿素与其他药物的联合使用,就成为了唯一一种始终有效的治疗方法。(对于某一种药物的依赖会增加疟原虫产生抗药性的几率。)在西方被称为黄花蒿或者甜艾的这种草药,含有青蒿酸,在很多地方大面积的生长,但是供应量却在各地差异很大,当然,差异很大的还有价格。 对青蒿素的严重依赖,尽管是逼不得已,却带来了严重的后果:联合治疗法的成本高达氯喹的十到二十倍,并且尽管国际慈善组织给予越来越多的支持和帮助,这笔钱对于大多数非洲国家来说依然是天文数字。青蒿素的获得过程并不简单。黄花蒿一旦收获,叶与茎都必须要尽快处理,不然在紫外线的照射下有效成分会很快被破坏。产量低,成本高。 尽管几千名亚洲和非洲的农民已经开始种植这种植物,世界卫生组织(WHO)预测未来几年内的年需求量每年多达5亿个疗程将远远超过供应量。如果这些供应被切断,后果将是无法预料的。没有青蒿素,我们的治疗水平将倒退至少几年,甚至几十年,Kent Campbell,疾病控制与防治中心疟疾部的前负责人以及非赢利性医疗机构PATH疟疾控制项目的现任负责人如是说。你可以随便设想出一些理论上的世界性公共医疗灾难。但这一次不是理论上的了,而是真实的。没有了青蒿素,数以百万计的人将死去。 Keasling意识到如果合理利用合成生物学的工具,就可以完全不受自然条件控制,提供一个充足的新的青蒿素来源。如果每一个细胞都变成了它自己的小工厂,生产出制作药物所需的化学物质,那么就不再需要繁复且成本很高的生产过程了。为什么不试着由基因片段出发,构造一个细胞去生产青蒿酸呢?Keasling和他的团队需要拆开一些不同的生物,然后将几十种基因的一小部分分别拿出来,拼凑成为特定目标量身订做的DNA包裹。之后他们需要构建一个新的新陈代谢通路,使得细胞可以利用化学通路完成自己的任务一个在自然界中不存在的任务。我们认为人类历史已经发展到了一个阶段一个我们不必再被动的接受自然所给与的东西,他这样对我说。 2003年,这个团队公布了他们的第一次成功经验,他们在《自然生物技术》(Nature Biotechnology)杂志上发表论文,描述科学家们如何通过将三种不同生物的基因插入大肠杆菌(世界上最常见的细菌之一)中,从而创造了新的路径。这个研究帮助Keasling从Bill and Melinda Gates基金会拿到了一笔高达四千两百六十万美金的研究资金。Keasling感兴趣的并非简单证明这门科学确实行得通;他希望将这门科学大规模应用以抗击疟疾。生产几毫克青蒿素好比是变一个干净利落的科学戏法,他说。但是如果我们所能做的只是在Berkeley的实验室里做一个精彩的实验,那么对于非洲的人们没有任何用处。我们需要把它变成工业规模的生产过程。要把科学变成产品,Keasling协助建立了一个新公司,Amyris生物技术公司,进一步完善最初改造出的微生物,并且找到更具有效率的生产方法。10年之内,Amyris已经将每个细胞可以生产的青蒿酸的量提高了100万倍,使得每一剂量的药品成本从10美元下降到了不到1美元。 Amyris随后和旧金山的一家非营利性药品生产商美国人类健康研究所(Institue for OneWorld Health)合并,2008年他们跟一家巴黎的药品公司Sanofi-Aventis签署了一份协议来生产这种药,并且希望可以于2012年以前上市。科学界对此满怀敬意他们的青蒿素被视为合成生物学第一个真正意义上的产品,证明了我们不需要仰自然之鼻息才能化解迫在眉睫的世界危机。但是也有一些人担心合成青蒿素将带给数千个已经开始种植甜艾的农民带来什么影响。如果California实验室里的培养桶替代了农场,那些辛苦劳作在亚洲和东非的农民要怎么办?Jim Thomas,ETC小组(加拿大的一个科技监督团体)的一位研究者发出了这样的疑问。Thomas指出,对这种从如此根本的层面改变自然的行为,一直以来很少人有谈论其所带来的伦理和文化冲击。科学家们在制造从未存在过的DNA序列,Thomas说,所以它们不存在比照物。因此没有一个达成共识的安全体制,没有政策约束。 Keasling也相信国家需要考虑这项技术的潜在影响,但他很疑惑,为何有人反对这种即将成为世界上最稳定最便宜的青蒿素来源的技术。如果我们假设,现在面临危机的不是青蒿素而是抗癌药物,他说,并且整个西方世界都只能依靠中国和非洲的农民,我们甚至不确定他们是否将继续种植这些作物。同时很多的美国孩子都因此死去。看看这样的世界,看你敢不敢告诉我我们不应该发展这项技术。绝不是那些离疟疾如此之近的非洲人民在说停止这项技术吧! 青蒿素还只是第一步,Keasling希望可以有更大规模的项目。我们应该能够在微生物中合成任何一种我们想要的植物成分,他说,我们应当掌握所有的代谢途径。如果你需要这种药物:好的,我们提取这个部分,这一段。把它们放进微生物中,两个星期以后就可以得到你想要的产物。 Amyris公司在发展新能源的时候就是这样做的。青蒿素是一种烃类,我们构建了一个微生物的平台用以生产它,Keasling说。我们可以去掉一些基因然后放入一个不同的基因,青蒿素就变成了生物燃料。Amyris在John Melo(一位曾就职于英国石油公司的资深执行官)的带领下,已经制造出了三种可以把糖类转化为燃料的微生物。我们还有很多东西需要去学习,还有很多问题亟待解决,Keasling说。我非常明白这让许多人焦虑担忧,也明白其中的原因。任何一种如此强大的新生事物,都意味着麻烦。但我不认为泥足于过去就可以给我们未来想要的答案。 在最初的40亿年间,地球上的生命是完全按照自然的好恶成形的。在选择与几率事件的推动下,最高效的基因被保留下来,演化的过程使得他们得以繁衍欣欣向荣。漫长却绚丽的达尔文演化过程在不断的尝试与错误、挣扎与生存中缓缓前进,持续了千万年之久。然后在大约一万年以前,我们的祖先开始聚集为村庄,种植农作物,蓄养动物。石斧与织布机逐渐出现,并且帮助人们种出更好的庄稼,带来更丰富的食物来源,从而可以养活更多人。羊猪等家畜的繁殖逐渐让位于金属的冶炼和机器的制造。纵观整个过程,新生事物总是以其特有的力量横空出世,伴随着其他事物的黯淡失势。 到21世纪初,我们用分子生物学改造生命最小组成部分的能力已经如此之强,即便是对这种能力运用得最娴熟的人,也不敢声称自己完全了解这种力量。人类对于自然的掌控力已经在几个世纪前被预言Bacon(培根)坚持相信这种控制力,而Black(布雷克,我想此处作者应是指William Blake,1757-1827,英国著名诗人,画家和雕塑家译注)则表现出深深的畏惧。可是从孟德尔(Gregor Mendel,遗传学先驱)揭示出豌豆植株的遗传特征包括植物的形状、大小还有种子的颜色等等,以及它们一代一代的传承方式,从此使得这些特征可以被预测,被重复,被写入遗传定律,到现在仅有100年出头。 从那时开始,生物学的核心工作就变成了破译密码,并且学习解读密码从而了解DNA到底是如何创造和延续生命的。生理学家Jacque Loeb把生命的人工合成看做是生物学的目标。1912年,近代生物化学的奠基者之一Loeb,在文章中写到没有任何证据表示人工制作活体物质在科学范围内不具备可能性,并且声称,我们要么成功完成生命物质的人工合成,要么必须找到行不通的原因。 1946年,诺贝尔奖获得者遗传学家Hermann J. Muller曾经做出过此类尝试。他通过展示活体细胞的基因和染色体可以在X光的照射下发生变异,第一次证明了遗传原来可以被自然选择以外的其他因素所影响。但是他不确定人们是不是可以有责任感地利用这个信息。如果我们掌握了这种知识和力量,毫无疑问最终我们一定会使用它,Muller说。人类是动物中最为狂妄自大的他们看到高山就会努力建造出像高山一样的金字塔,如果他们看到演化这样一个伟大的进程,并且认为自己完全够格加入这种大自然的游戏,他们就会带着轻蔑不遗余力去尝试。 生物演化理论解释说地球上的每一个物种都同其他物种有着某种联系;更重要的是,我们每个人的身体里都遗有历史的记录。1953年,詹姆斯 沃森(James Watson)和弗朗西斯 克里克(Francis Crick)通过揭示DNA的自身结构,使得解读这种历史记录成为了可能。这种语言只有4个化学字母腺嘌呤,胞嘧啶,鸟嘌呤和胸腺嘧啶以庞大的核苷酸链为形式。当它们被结合在一起,其序列就可以决定人类为何各有各样,并且与其他的生物也迥异不同。 到20世纪70年代,DNA重组技术已经使得科学家可以把长长的不便于使用的核酸分子切成易于使用的基因片段并且把他们粘贴进其他细胞当中。突然之间,研究者们居然可以将两种在自然中绝不可能相交的生物的基因连接在一起。尽管这种技术前景广阔,但它们又使得科学家们可以将病毒以及造成癌症的微生物,从一个生物中转移到另一个生物中。这会造出没人可以预料到的新疾病,并且相应的没有任何天然的防御措施,治疗方法或者治愈的把握。1975年,世界各地的科学家们聚集到了位于北加利福尼亚州Asilomar会议中心,商讨这项新技术所可能带来的危机与挑战。他们的目光主要集中在实验安全和环境安全,并得出结论这个新领域需要一些规章制度。(并没有任何真正关于蓄意滥用的讨论因为在那个时候,还没有看到有讨论它的需要。) 当回忆起30年前的事情,当时的会议组织者之一,诺贝尔奖获得者Paul Berg写道,这次独一无二的会议,开创了一个史无前例的时代,对科学而言如此,对科学政策的公开讨论亦如此。它的成功令在当时充满争议的DNA重组技术得以蓬勃发展。现在DNA重组技术在生物研究中占有重要地位。它既是问题的源泉,又是开启答案的钥匙。 DNA解码工作曾经单调而冗长。一个科学家用整整一年,可能成果只有10或12个碱基对长度的片段。(我们的DNA由30亿对这样的碱基对组成。)到上个世纪80年代末,自动测序机大大简化了这个过程,而今天的仪器可以在几秒内就处理完信息。另一种新的工具聚合酶链式反应(PCR)最终将数字世界与生物世界真正结合在了一起。科学家可以使用PCR选择一个DNA分子并复制很多次,使之更容易操控和测序。这使得细胞对于科学家来说,变成了装载着以最简明方式排列的数字信息的复杂包裹。 研究者们用这些技术,让塔斯马尼亚虎这种世界上最大的有袋食肉类动物,同时也是已经在70年前灭绝的动物的DNA复活了。2008年在墨尔本,来自墨尔本大学和位于美国休斯敦德克萨斯大学M.D.癌症中心的科学家们从一个保存于维多利亚博物馆的组织中提取出了DNA。他们将老虎体内负责编码胶原蛋白的基因片段提取出来并放入老鼠胚胎中。这些DNA启动了对应的基因,老鼠胚胎开始产出胶原蛋白。这标志着第一次成功让已灭绝生物的组织(病毒除外)在另一种生物体内正常运作。 这绝对不是最后一次。一个来自宾夕法尼亚大学的小组一直致力于研究两只长毛猛犸的毛发样本两只猛犸一头六万岁,一头八万岁他们给出了一种尝试性的方案,来修改猛犸的DNA然后放入大象的卵子中。这样猛犸就可以被象妈妈生出来了。毫无疑问看到一头活的,会呼吸的长毛猛犸多么令人雀跃一个长满粗毛,长牙卷曲,令我们想到又大又圆的毛绒玩具,而不是吓人的霸王龙,Times在得知这个发现后不久如是评论。我们只是不确定猛犸是否也像我们一样开心。 不过最终极的目标是创造出一个仅由化学物质和DNA蓝图构成的合成生物。在90年代中期,在基因研究所(the Institute ofr Genomic Research)工作的Craig Venter,和他的同事Clyde Hutchison以及Hamilton Smith开始思考他们能否将生命还原至它们最基本的组成部分,然后用这些基因重新造出这样的一个生物。他们开始修改一种叫做生殖道微浆菌(Mycoplasma genitalium)的小细菌的基因组,其中包含482个基因(人类有大约两万三千个基因)和58万个碱基对,它们都排列在一个环形的染色体上这是已知实验室培养出的最小的染色体。之后Venter和他的同事将染色体上的基因一个一个去掉,试图找到可以维持其生命活性的最小基因组合。 Venter把这个实验叫做最小化基因组工程。到2008年初,他的小组已经制作出了数以千计的化学合成DNA片段,并把它们组装成了一个新版本的生物体。然后他们完全摆脱mycoplasma genitalium的基因组,仅用化学物质制造出了产物。我们在这里所使用的方法,都不仅仅局限于合成DNA,Venter在他那篇后来发表在Science上的工作报告里如此记录。以自己想要的顺序组装出任意组合的人工或天然DNA,应该是可以实现的。这也许是科学发展史上最轻描淡写的表述之一。接下来,Venter尝试把人造染色体作为一个启动装置植入另一个细胞的细胞壁中,因此而产生了一种可以自行复制DNA的新的生命形式第一个真正意义上的人造生物体。(积极分子们已经将这个新生命体命名为Synthia。)Venter希望Synthia以及类似的产品可以在将来成为运载不同基因包裹的容器。比如说,一个包裹也许可以生产出一种特定的药品,而另一个包裹里的基因是为消耗大气中的二氧化碳而设计的。 2007年理论物理学家Freeman Dyson在参观了在费城花卉展及圣地亚哥爬行动物展之后,在纽约时报书评(The New York Review of Books)上发表了一篇文章,写道每一朵兰花或玫瑰,每一只蜥蜴或蛇,都是一位甘愿奉献自我而又熟稔培育技巧的培育者的心血。成千上万的人,不论业余的或者专业的,把他们的人生贡献给了这个行业。当然,这也是我们在千百万年来一直做的事情,尽管方式可以不尽相同。现在想象一下,如果基因工程的工具也到了这些培育者的手上,会发生什么。 Dyson向我们描述了这样的场景:新生物种被创造出来,多种多样欣欣向荣设计基因组将成为一种个人行为,一种新的艺术形式,就如同绘画与雕刻。只有极少数的创作能够成为伟大的作品,但是很多的作品都给他们的创造者带来快乐,也使我们的动植物更加多样。看来完全为人类所驾驭的生物技术将这个景象带到我们身边,只是时间问题。 生物技术游戏可以供低至幼儿园年龄的小朋友们玩耍,他们要用真正的蛋和种子,制造出全新的物种比如云雀。这些游戏可能一团乱甚至具有一定的危险性,Dyson写道。需要设定条例与规则来保证我们的孩子不会伤害到自己或者别人。这些生物科技的危险可是实实在在而严重的。 地球上的生命是沿着弧线发展的这个过程始于大爆炸,演化至一个聪明的毛头小子也可以从冷水鱼中提取基因,引入草莓中,以防止草莓被冻坏。你不必变成一个勒德分子(即反对新技术的人)或者查尔斯王子,他的著名论调是这个世界将会在贪得无厌和失去控制的科技发展中变得一片灰暗都会想象到,如果合成生物学取得了成功,那么可能我们创造的世界就会替代达尔文的演化构建出的这个世界。 很多科技都会在某种情况下被认为是对上帝的冒犯,但也许其中没有任何一个可以像合成生物学这样引发如此直接的控诉,Nature的编辑一群仍旧支持这项技术的人们于2007年这样写道。因为开天辟地第一次,上帝也有了竞争者。 如果我们自己设计自己的后代,将我们从生物演化的专横中解放出来,会怎样呢?Drew Endy在我们第一次会面时问到,那是在他位于麻省理工学院的办公室里,直至2008年夏天,他一直是那里的生物工程助理教授。(那年9月,他去了斯坦福。)Endy是最有说服力的合成生物学传播者之一。他可能也是最令人不安的传播者,因为虽然他怀着孩童般的热情创造着新生物,他却非常坚持在几乎每一个他可以找到的论坛中讨论着他的新兴学科的两面性前景与危机。我此刻谈论的是构建一个将会运作几乎整个大千世界的事物,他说。如果这不是一个国家的战略优先,那还有什么能是? Endy过去一直接受的是土木工程师的训练,他的童年在用积木搭建世界中度过。现在他却想建造实实在在的生物体。也许是因为他办公室角落里那三面用旧了的康佳鼓,也许是他那个好像从树屋里出来的乱糟糟的头型,又或者是挂在他墙上的自行车但是当他说道把新型生命集合到一起的时候,很难让你不联想当初那个小男孩和他的积木。 Endy在生物领域中留下的第一个标志是高中时候差点考试不及格。我拿了个D,他说。而且我觉得自己真走运。当他从利海大学(Lehigh University)拿到工程学学位的时候,他选了一门分子遗传学的课程。他把研究生的时光都用在了建立细菌病毒模型,但是它们太复杂了,Endy渴望简单简洁的东西。正是从那时起,他开始考虑把细胞的各个部分放到一起。 不要忘记积木的秘密成功的方法在于你可以拿出任何一块并且让它们与其他的连接在一起在2005年Endy和他东西海岸的同事们创立了生物砖石基金,一个为DNA研究组装标准化部件的非营利性组织。把童年的积木块变成现在的科学词汇的科学家,Endy不是唯一的一个,甚至作为合成生物学家也不是唯一的一个。把各个部分结合在一起的想法不管这些部分是电路,微流体部件,还是分子指引着我在实验室的大部分工作,物理学家及合成生物学家Rob Carlson在他的新书《生物是科技:制造生命的前景,危机与商机》中写道。当我最好的想法出现在脑海中并逐渐成形的时候,我发誓我听到了卡哒声。 生物砖石的档案室是一个实体存在的存放处,但它也有网上目录。如果你想要构建一个生物体,或者以新的方式制造它,你可以去那些卖木料或者工业用管子的地方。DNA的组成部分启动子,核糖体附着点,质粒的主干,还有其他成千上万的部分被编成目录,给出解释,开放讨论。这是一种针对未来生命形式的理论型维基百科,并且还提供附加的好处,即构建它们的原材料。 我问Endy在他看来是什么原因使得那么多人对于构建新的生命形式如此排斥。因为它能吓死人,他说。这是有史以来最棒的科学平台,但是它所引发的问题却是最难回答的。如果你可以恰当地为一样东西测序并且掌握了描述这个生物体的信息不论它是病毒,恐龙,还是人类你最终都具备了建造这样东西的人造版本的能力。这给了我们另一种繁衍生命体的途径。 最直接的途径就是由父母传下来一代接一代。但是这个过程有很多的错误。(当然在达尔文的世界中,一定数量的这些变异是必要的。)Endy说,如果你可以利用一条额外的途径来完善演化过程,解码基因组,把它分离出来当成一种信息这就是说,把它按照编写软件程序的方法分解成特定的DNA序列我们就可以设计出任何我们想要的东西,以及重新编译它们,这就使得科学家们有办法防止很多遗传性疾病的发生。到了那时候,你可以制造出可供一次性使用的生物系统,不必考虑它的繁衍,你还可以制造出很多更加简单的生物体。 Endy沉默良久,久到我意识到他所说的是制造我们自己的孩子。如果你看看今天的人类,我们,你也许会问我们的人体设计上有多少限制是为了确保我们具备繁殖的能力,他说。实际上,那些限制影响重大。至少在理论上,自己设计后代可以让那些限制消失。但是在谈到这个问题之前,有两个根本的问题需要回答:这样做将会带来什么样的危机,又会带来什么样的生机? Ent译 不难想象,合成生物学会带来很多令人很不舒服的风险:谁将控制这项技术,谁将为它买单,花费又将是多少?我们每个人都将从中受益吗?或者是像1997年的电影《千钧一发(Gattaca)》里描绘的世界那样,最成功的孩子是经由优生学筛选出来?会不会出现新的基因有产阶级和基因无产阶级,并与之相伴地出现新的歧视基因主义?更重要的是,操控和创造生命到底有多安全?有多大可能出现意外,让生物被释放到本不属于它的世界里?还有,这项科技是不是很容易被那些一心向往毁灭的人们掌握?我们所讨论的东西从未有人做过,Endy 说,如果支持着这项技术的社会崩溃了,我们用不了多久就会灭绝干净;都没有机会返回传统农业时代,甚或前农业时代。直接就完蛋了。 自从人类开始向农作物中转入外源基因以来,这些担忧就一直存在。主要是基于这个缘由,转基因食品的反对者才会援引审慎原则:潜在的风险与利益并存时,应该优先考虑风险。譬如ETC 的 Jim Thomas 就肯定是持这种观点,他形容 Endy 是首席合成热心人士。但是他也认为Endy 属于三思而后行的那种科学家,不会低估这个领域的可能风险。我觉得他是当之无愧的最关注这个问题的人, Thomas 说。 有关转基因食品的争辩常常聚焦于理论上的危害,而非切实的好处。如果你建了座桥,结果塌了,那你这辈子就甭想再获准去设计桥梁了,Endy说,但是这并不意味着别人不能再建新桥。这种情况下我们就等于是承认,风险在所难免。 他相信合成生物学的道理也是一样的。 我们也必须考虑我们社会的基本目标,以及科学如何帮助我们实现它们。我们已经见到了青蒿素与疟疾的例子,Endy说,也许我们可以完全避免疾病。这可能需要我们在医学领域经历一次大转变,正如环境科学与环境工程在二战后的转变一样:起初,工业遇到了麻烦,人们说,嘿,那条河烧起来了,咱得把它扑灭。这样做到第n次的时候,人们开始说,也许我们不应该建造往水里排放油污的工厂,那让我们把污染物全都收集起来吧。结果真的做起来发现非常烧钱,因为即使收了起来也还要想法处理掉。最后,人们说,咱还是重新设计下工厂,别再排放这些垃圾才是正道。 Endy 指出,我们每年在医疗卫生上花费数千亿美元,而防病明显比治病要划算。我猜,我们对于医疗开销危机的终极解决方案是,重新设计自己的身体,让我们不用再对付这些毛病。但是要注意,他强调说,除非有一整套成型的价值体系,能够让我们把道德、美、以及美学的概念都映照到我们自身的存在之上,否则没法着手去做这种事情。 这些抉择将会影响深远。设想一下,当你真的可以打印出你后代的基因组时,会是何等场景?当然啦,你可以从自己的序列出发,和你的另一半的序列搅成一团,或者随便另几半都可以;反正计算机不在乎。而且,假如你想要进化,你可以添上几个随机数生成器。这相当于给合成设计增添了偶然的成分。 尽管 Endy 从生物学角度谈论该技术的未来时充满激情,他也承认科学家们其实所知有限。关于生物技术作为工业生产平台的前景,重要的是,我们需要揭穿某些夸大之辞和过高期望,他说,我们现在只不过勉强弄明白了些皮毛,但是我们能走多远?这问题必须公开讨论,因为假如它没有答案的话,没法讨论风险和社会的问题。 然而,答案还没有出现。发明家兼材料科学家 Saul Griffith估计,给我们的星球供能需要大概一万五千亿到一万八千亿瓦的能量。动用合成生物学的工具,我们能够生产多少能量?估计值从五千亿到九万亿瓦不等。假如到头来发现是低的那个数,那我们就挂了,Endy 说,因为如果不能生产出那么多能量,我们干嘛冒这个险呢?但是假如在高的那一头,那我们讨论的可就是生产五倍于我们所需的能量,用的还是对环境友好的方法;其利益之大,即使扣除可能的风险,也让人不容置疑。但是我不知道这个数字是多少,我也不认为现阶段有任何人能知道。因此,我们至少应该承认,我们还在探寻之中,而答案不容易得到。 我很难和别人严肃讨论这些问题,因为人们总是对此怀有强烈的戒备心, Endy接着说,科学家站在一边,公众和社会团体站在另一边。而且,公正地说,科学界对话的方式经常就是拒绝对话。但是有的环保团体会主张,在我们确信一切安全之前,任何东西都不许离开实验室。而实际上科学不是这么运作的;我们不可能几十年后从实验室里带着答案钻出来,我们需要一边实践一边开发解决方案。我相信,这技术的潜力非常大,足够说服人们去冒一下险。 我很好奇,这一切有多大的成分纯属科幻?Endy 起身问道,我能给你看些东西吗?边说边走到一个书架旁边,抓起四个灰色的瓶子。每个瓶子里装着大概半勺砂糖,同时还各标有一个字母:A、T、C、G,分别代表DNA里的四种脱氧核糖核苷酸。这些化合物都是从甘蔗衍生出来的,你可以成罐地买,他说,这些东西到最后就变成了DNA的四种碱基,可以轻而易举随意组装。你把这些瓶子挂到机器上,再从电脑上往里输入信息,就是一个DNA序列比如说T-A-A-T-A-G-C-A-A。你想造啥就输进去啥,而机器会自动帮你从零开始把这些原料缝起来。其实就是个食谱:你拿着原材料和信息,把遗传物质编纂起来。只需坐在笔记本屏幕前面,这头往里面敲字母,那头就出来你要的生物。 我们还没有机器能够把这些糖类转变成整个基因组,Endy耸耸肩。但是我觉得理论上没有什么因素会阻碍这些实现,他说,就是个钱的问题。如果有人愿意为此买单,那么事就肯定能成。他低头看了看表,向我道歉:对不起,我们不得不另找时间继续讨论了,因为我和国土安全部的家伙有个预约。 我有一点惊讶。他们问的问题和你一样,他说,他们也想知道这事情到底能走多远。 三十五年前生物技术诞生之时,科学家跳过了一步,直接跳到了产物之上,而非首先关注生产它们所需要的工具。运用标准的生物学元件,合成生物学家或者生物工程师已经可以一定程度上给活体生物编程,犹如计算科学家给计算机编程一样。然而,基因协同工作的复杂程度令人望而却步;一个基因产生的蛋白会被另一个蛋白抵消或者加强。科学家从架子上拽下来几个基因,混在一起,就能生产出各式各样的产品那种境界我们还远未达到。但是登记在册的公司正在迅速增加,驱动相关领域前进的知识亦然。 很大程度上,是 Endy 对于基因开关的痴迷在驱动着他在斯坦福实验室的研究。他和他的学生正在试图创造出由基因编码的记忆系统,而他当前的目标则是构建一个能够数到256的细胞这个数字源于基本计算机编码。解决实际的挑战绝非易事,因为会数数的细胞必须能够在分裂时释放可靠的信号,还要记住自己释放了几次。 如果我们身体里的细胞都带上了一点点记忆,想象一下我们能干些什么吧,我们第二次讨论时 Endy 说。我不太明白他的意思。你的电话就有记忆,他解释道,想想它都允许你存储了多少信息。电话和它背后的科技在细胞内部不能运作;但是假如有一个基于蛋白质、DNA、RNA的系统,让我们的细胞能数到两百嘿,转眼间我们就有了一个工具,能让我们获得前所未有的计算和记忆能力。 你知道我们如何研究衰老现象吗?Endy 接着说,我们现在使用的工具简直就像砍了树然后去数年轮。但是如果细胞有了记忆,我们就能以恰当的方式数出细胞年龄。每次细胞分裂,就在计数器上加个一。也许这能让我们以目前尚不可企及的精度去观察细胞的变化。然后我们还可以为人们提供控制器来重新调节这些细胞。或者我们还可以说,哇,这个细胞已经分裂了两百次了,明显是失去自控能力变成了癌细胞。灭了它。从这个角度去想,所有的疾病都可能有新的疗法。 合成生物学的变化如此之快,以致于任何预测都显得毫无意义。连 Endy这样的人也为这个事实而头痛不已。 Wayne Gretzky 曾经说过:我总是滑到冰球要去的地方。要想成为伟大的冰球运动员,就靠这一手了, Endy告诉我,但是当冰球正在像火箭一样加速,轨迹根本没法预判时,你要往哪里滑呢?你要雇什么样的人,让他们干些什么?要知道,现在占据着我们最优秀头脑的那些念头,五年之内就会变成初中生的课外科研项目。没准只需要三年。 我们正处在指数增长的风口浪尖上,而且即使是对于那些全心投入的人们而言,航行于指数增长的浪潮之中也是件相当棘手的事情。何况,假如我们脚下的大浪拥有以如此根本的方式冲击这个世界的能力,而且是从我们未曾考虑过的角度,那让人如何讨论它? 几十年来,人们一直在援引摩尔定律:一张硅片上所能容纳的晶体管数目每两年翻一番,计算机的运算能力亦然。当1964年IBM360型计算机推出时,顶尖型号拥有8M 的主存,造价高达两百多万美元。而今天,花个一百美元就能买到内存千倍于此的手机。 2001年,时任伯克利分子科学研究所研究员的Rob Carlson决定检查一个类似的现象:合成DNA能力的增长速率。他画出的东西被后人称之为Carlson曲线:它显示的速率和摩尔定律十分类似甚至有超越后者的倾向。十年以前,成千上万的实验室在使用价值十万美元的自动化DNA合成机,现在它们的价格不到一万美元,而且大部分时候eBay上有起码一打的二手合成机待售每台不到一千美元。 从1977年Frederick Sanger发表第一篇自动DNA测序的论文的年份,到1995年基因组研究所报道了首个细菌基因组序列的年份,这段时间里该领域进展缓慢。接下来,人们花了六年时间,完成了远为复杂的人类基因组草图;又过了六年,到了2007年,全球的科学家们开始测定一千多人的全基因组。哈佛遗传学家George Church的个人基因组计划 现在打算为十万人测序。 2003年,当Endy还在MIT的时候,他和他的同事Tom Knight, Randy Rettberg, 以及 Gerald Sussman 创立了iGEM国际合成生物学大赛目的是鼓励利用标准化部件建构生物学系统。2006年,Endy手下的一队本科生利用生物砖石部件给大肠杆菌(通常气味很难闻)重新编程,让它生长时闻起来像冬青树,而生长完成之后则闻起来像香蕉。他们将成果命名为香水菌。【原文为Eau dE Coli,是戏仿具有清淡香味的古龙水eau de Cologne译注】2008年,已有二十一个国家的一千多名学生参赛,来自斯洛文尼亚的获胜小组运用自行设计的生物学部件制出了幽门螺杆菌的疫苗,这种寄生在胃部的细菌会导致胃癌。此前还没有找到适用于人类的此种疫苗。迄今为止,这个小组已经在小鼠上测试了他们的造物,结果颇具潜力。 这是开源的生物学,全部知识产权共享。当然了,理想主义的学生可以运用的东西,恐怖分子同样可以用。许许多多的博客提供相关领域的一切建议,从如何保存蛋白质,到为DNA脱盐的最佳方法。像这样的开放性很吓人,已经有人呼吁要对此类技术实行更严格的掌控。Carlson和许多其他人都相信这不大可能通过严格的条规来实现。几年以前,他在西雅图家中的车库里开创了他自己的生物技术公司Biodesic,除了一张信用卡之外几乎别无其它工具生物版本的DIY运动。想当年,许多计算机公司就诞生于DIY运动,包括苹果。 他开发出的产品可以让人们利用DNA技术对蛋白质进行鉴定。并不复杂,Calson告诉我,但是我想看看通过邮件订单和DNA合成,我都能干出些啥名堂。 结果名堂大了。Carlson在笔记本电脑上设计分子,然后把序列送给合成DNA的公司。大部分的设备都可以在eBay上买到(或者,有些时候得去LabX,一个专注于科学器材的站点)。所需的不过是能上互联网。 严格的条规不可能管用, Carlso 说。这并不是一个很好的比方,但是看看禁酒令吧。当政府限制酒精的生产和销售时,发生了什么?犯罪率激增。犯罪变得组织严密且更加强大。合法生产商不能销售酒精,但是在车库里或者仓库里却很容易生产。 到2002年,美国政府加强了努力,企图限制脱氧麻黄碱的生产和销售。先前,生产这种药物的小作坊遍及全国;今天,药物生产得以职业化、集中化,而药物管理局却说关于脱氧麻黄碱的生产,他们所知的反而更少了。黑市正在变得越来越黑,Carlso 说。尽管有这么多的限制,脱氧麻黄碱晶体的使用量仍然在增加。 严格控制未必会给合成生物学带来类似的命运,但是有此可能。 Bill Joy,Sun Microsystems的创立者之一,反复呼吁限制这一技术的运用。有可能,自我复制机制的运作可以比我们想象的更为基本,也因此更加难以控制甚至是不可能控制的,他在发表于《连线(Wired)》杂志一篇题为《为什么未来不需要我们》的文章中写道,除此之外,我看唯一一种现实的出路就是放弃:限制我们对于某些知识的探索,从而限制某些太过危险的技术的发展。 即便如此,想要对知识的探寻过程进行监察,这种事情从来没有真正成功过,部分是因为社会并没有指标去决定谁应该掌握信息,而谁又不应该。与之对立的方案也许会带来更好的结果:加速科技的发展,让它面向更多的人开放,并且给予他们相应的教育。否则,假如Carlson 关于甲基麻黄碱的类比在这里是准确的话,那么力量将会直接流入那些最不可能明智利用它们的人手中。 为了让合成生物学达成它的目标,我们还需要一套教育体系,能够鼓励怀疑精神和科学研究。2007年,新加坡、日本、中国和香港(数据来自分别统计)的学生在一次国际科学竞赛中表现均超过美国学生。美国的成绩自从1995年举办这场竞赛的第一年以来实际上就已停滞不前。成年人甚至科盲情况更加严重。2009年初,加州科学院在全美范围内举办的调查结果表明,只有百分之五十三的美国成人知道地球绕太阳一圈需要多长时间,而只有稍微多一点的人百分之五十九知道恐龙和人类从没有共同生存过。 合成生物学家必须克服这一无知。只有当人们激动万分地积极参与时,乐观主义才能占得上风。干嘛费那心呢?因为这绝不只是让大肠杆菌闻起来像口香糖,或者让鱼发出颜色多变的光芒这么简单。我们的星球处于危难之中,而大自然需要帮助。 科学家认为,我们当做燃料来使用的烃类无非是树叶收集来的浓缩的阳光。有机质腐烂,被细菌分解,埋入地下,经过千百万年的压力,变成了石油和煤。这时我们把它们挖出来,耗资巨大并且对环境有灾难性的影响。全球范围内,我们在陆地和海洋上打下深井,铺设管道,把我们的能量输运到巨大的炼油厂。这一直是工业的发展模式,并且已经成功运作了将近两个世纪。但是它不能再运作下去了。 工业时代即将接近尾声,最终会被生物工程时代取代。这个变化绝非轻而易举(也不会很快实现),也绝不会解决我们期望它解决的每一个问题。但是在青蒿素上能实现的事情,在我们这个物种的很多生存必需品上一样能实现。我们曾经在宠物身上做的那些事情,即将在细菌身上发生,基因组未来主义者 Juan Enriquez 在描述我们的世界从依赖机器向依赖生物学的转变时这样说过。家庭宠物实际上就是驯化的寄生生物,他指出,它们已经演化到和人类产生互动的地步。栽培种玉米也是如此一种本不存在的作物,被我们创造出来。同样的事情现在要发生在能源上了,他接着说,我们要驯化细菌,让它们在密闭的培养箱里生产东西,创造能量,比现有的方式远为干净、有效。而这仅仅是为生命编程的开山阶段。
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合成生物学(2011 MeSH )研究文献分析 1936 - 2010
xupeiyang 2010-10-11 15:59
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2010/10/238594.shtm 美人造生命小组发明迄今最简单有效基因合成技术 http://www.nlm.nih.gov/cgi/mesh/2011/MB_cgi National Library of Medicine - Medical Subject Headings 2011 MeSH MeSH Descriptor Data Return to Entry Page Standard View. Go to Concept View ; Go to Expanded Concept View MeSH Heading Synthetic Biology 合成生物学 Tree Number H01.158.273.904 Tree Number J01.293.069.500 Annotation IM for the discipline (education, history, etc); NIM as a coordinate for studies involving specific synthetic biology concepts and applications Scope Note A field of biological research combining engineering in the formulation, design, and building (synthesis) of novel biological structures, functions, and systems. Allowable Qualifiers CL EC ED ES HI IS LJ MA MT OG SN ST TD History Note 2011 Date of Entry 20100625 Unique ID D058615 MeSH Tree Structures Natural Science Disciplines Biological Science Disciplines Biology Botany + Computational Biology + Cell Biology Developmental Biology + Ecology + Exobiology Genetics + Laboratory Animal Science Microbiology + Natural History Neurobiology Parasitology + Photobiology Radiobiology Sociobiology Synthetic Biology Zoology + Technology, Industry, and Agriculture Engineering Bioengineering Synthetic Biology http://www.gopubmed.org/web/gopubmed/1?WEB0k2h0lw1ovzpeI8IdI0 13,100 documents semantically analyze 1 2 3 Top Years Publications 2009 912 2010 840 2007 776 2008 775 2006 650 2005 618 2004 542 2002 530 2003 512 2000 506 1998 481 2001 475 1999 468 1997 446 1996 442 1993 439 1995 431 1992 428 1994 427 1990 409 1 2 3 1 2 3 4 5 Top Countries Publications USA 6,095 United Kingdom 767 Japan 570 Germany 556 Canada 417 China 359 Italy 313 India 252 Australia 234 Sweden 233 Spain 207 Netherlands 191 France 181 Russia 155 Switzerland 140 Denmark 107 South Korea 99 Israel 96 Belgium 91 Brazil 66 1 2 3 4 5 1 2 3 ... 48 Top Cities Publications Los Angeles 408 Bethesda 348 Cambridge, USA 337 Houston 250 New York City 240 Boston 239 Berkeley 182 Philadelphia 154 London 152 Tokyo 134 St. Louis 131 Baltimore 129 Chicago 116 Moscow, Russia 112 Cambridge 102 San Diego 100 Edinburgh 98 Stockholm, Sweden 97 Austin 89 Heidelberg 88 1 2 3 ... 48 1 2 3 ... 110 Top Journals Publications J Biol Chem 714 P Natl Acad Sci Usa 357 Biochemistry-us 250 Nucleic Acids Res 219 J Am Chem Soc 180 Contraception 137 Biochim Biophys Acta 135 Biochem Bioph Res Co 125 Febs Lett 117 J Mol Biol 114 Mol Cell Biol 112 Vaccine 110 J Virol 103 J Immunol 100 J Cell Biol 95 Science 94 Genetics 91 Cancer Res 79 Nature 77 Biochem J 76 1 2 3 ... 110 1 2 3 ... 1600 Top Terms Publications Animals 6,064 Humans 5,147 Proteins 5,091 Peptides 3,574 Genes 3,075 Amino Acid Sequence 2,645 Biology 2,024 DNA 1,950 Mice 1,920 Nature 1,878 Base Sequence 1,675 Amino Acids 1,499 Antibodies 1,475 antigen binding 1,467 Enzymes 1,445 Membranes 1,244 membrane 1,243 Mutation 1,206 Rats 1,195 Binding Sites 1,180 1 2 3 ... 1600 1 2 3 ... 2158 Top Authors Publications Kleinman H 55 Yamada Y 35 Nicolaou K 34 Baird D 34 Nagaraj R 28 Firestone G 28 Fidler I 27 Schreiber S 25 Nomizu M 25 Thyberg J 25 Holm R 24 Schlom J 24 Rivier J 24 Takemoto L 24 Janda K 22 Rebek J 21 Corey E 21 Gait M 20 Reichert L 19 Bygdeman M 19 1 2 3 ... 2158
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整合代谢工程和合成生物学大肠杆菌合成紫杉醇重要前体
huijian26 2010-10-10 14:23
众所周知,紫杉醇是重要的抗癌药物,其作用机制是抑制癌细胞的有丝分裂。紫杉醇对包括乳腺癌在内的多种癌症有很好的治疗效果,其最高销售额曾超过10亿美元。虽然随着专利的到期,其售价有了较大幅度的降低,但是其价格仍然相当昂贵,一个疗程的价格超过1万美元。 紫杉醇是植物来源的抗癌药物,最初治疗一个病人需要4-5棵太平洋红豆杉的树皮。由于太平洋红豆杉数量非常有限,生长周期很长,并且剥去红豆杉树皮后回导致红豆杉的死亡,因此使用红豆杉树皮来提取紫杉醇治疗癌症病人面临很强的伦理困境。面对此两难境地,科学家发挥科学创新精神,开发出了红豆杉植物细胞培养技术来获取紫杉醇,随着研究是深入,科学家发现可将使用decorative yew的树叶提取紫杉醇的前体,使用化学合成的方法合成紫杉醇。由于decorative yew树叶来源很广,使用树叶也不会杀死树木本身,加之后续合成的高效性,这种提取加合成的方法称为紫杉醇的主要来源。化学全合成是获得化合物的主要手段之一,科学家经过努力也成功地合成了紫杉醇,由于紫杉醇结构复杂,化学合成需要35-50步,得率很低,因此紫杉醇的化学全合成科学意义很大,实际应用的价值不大。 微生物具有底物利用广泛,生长速度快,研究深入,大规模生产容易等优点,非常适合药物的生产,与紫杉醇同为萜类化合物的青蒿素已经通过精确的途径改造和优化,已经实现了工业化生产,这表明通过代谢工程和合成生物学手段在微生物中合成宿主本身不产生的复杂小分子是可行的,也为后续的相关研究提供可供借鉴的策略和经验。 美国麻省理工大学和Tufts大学科学家沿着这个思路,合成紫杉醇的前体taxadiene和 taxadiene-5-alpha-ol。虽然大肠杆菌并不能够产生这两种物质,但是合成他们的前体IPP是大肠杆菌生理代谢过程中的一个中间产物,IPP能够通过两部的酶促反应合成taxadiene。催化后续两部反应的酶类已经从植物中克隆出来。美国科学家首先优化了IPP的生物合成,以大量生成IPP为后续的酶促反应提供底物。 IPP的生物合成有8个步骤,研究发现其中的四个步骤是限速步骤,通过提高限速步骤的酶量,控制整个催化的效率,大量的合成了IPP。接着讲植物的催化酶引入到工程菌株中,优化催化酶的密码子和表达水平,产生了大量的taxadiene。与只加入催化酶没有进行相关优化相比,其产量提高了1500倍,也比已有的文献报道的产量提高了1000倍。接着科学家有加入能够催化taxadiene合成 taxadiene-5-alpha-ol的酶类,将合成紫杉醇的途径有往前迈了一步。虽然离合成能够化学转化的前体浆果赤霉素(baccatin III)还有比较远的距离,但是本研究表明在弄清楚紫杉醇的合成途径后,使用大肠杆菌合成紫杉醇很有潜力。 本研究中使用的平台技术和手段对合成其他化合物具有通用性,因此使用代谢工程结合合成生物学手段将开启动植物来源的活性小分子微生物表达的大门。 Source: “Isoprenoid Pathway Optimization for Taxol Precursor Overproduction in Escherichia coli” by Parayil Kumaran Ajikumar, Wen-Hai Xiao, Keith E. J. Tyo, Yong Wang, Fritz Simeon, Effendi Leonard, Oliver Mucha, Too Heng Phon, Blaine Pfeifer, Gregory Stephanopoulos. Science, 1 October, 2010. Funding: Singapore-MIT Alliance, National Institutes of Health and a Milheim Foundation Grant for Cancer Research
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合成生物学研究的历史、现状与未来 1936 - 2010年
xupeiyang 2010-9-13 13:44
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2010/7/234751.shtm 中国科协学术沙龙热议合成生物学的伦理问题与生物安全 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2010/9/237382.shtm 合成生物学在美国引争议 1/3被调查者反对 http://www.gopubmed.org/web/gopubmed/1?WEB019sygmtl45timIxI7I00h001000j100500001001100000120dbgTest=true synthetic biology 13,040 documents semantically analyzed 1 2 3 Top Years Publications 2009 909 2007 775 2010 772 2008 772 2006 650 2005 616 2004 542 2002 530 2003 512 2000 506 1998 481 2001 475 1999 468 1997 446 1996 442 1993 439 1995 431 1992 428 1994 427 1990 409 1 2 3 1 2 3 4 5 Top Countries Publications USA 6,057 United Kingdom 763 Japan 568 Germany 553 Canada 411 China 349 Italy 313 India 250 Sweden 234 Australia 232 Spain 203 Netherlands 189 France 182 Russia 154 Switzerland 140 Denmark 106 South Korea 99 Israel 96 Belgium 89 Brazil 66 1 2 3 4 5 1 2 3 ... 47 Top Cities Publications Los Angeles 404 Bethesda 347 Cambridge, USA 334 Houston 250 New York City 239 Boston 238 Berkeley 182 Philadelphia 154 London 151 Tokyo 133 St. Louis 130 Baltimore 128 Chicago 113 Moscow, Russia 111 Cambridge 101 San Diego 98 Edinburgh 97 Stockholm, Sweden 97 Austin 89 Heidelberg 88 1 2 3 ... 47 1 2 3 ... 104 Top Journals Publications J Biol Chem 714 Proc Natl Acad Sci U S A 419 Biochemistry 275 Nucleic Acids Res 217 J Am Chem Soc 180 Biochem Biophys Res Commun 142 Contraception 137 Biochim Biophys Acta 134 Febs Lett 116 J Mol Biol 114 Mol Cell Biol 112 Vaccine 108 J Virol 104 J Immunol 100 J Cell Biol 95 Science 94 Genetics 91 Cancer Res 78 Nature 77 Biochem J 76 1 2 3 ... 104 1 2 3 ... 1611 Top Terms Publications Animals 6,042 Humans 5,128 Proteins 5,068 Peptides 3,565 Genes 3,061 Amino Acid Sequence 2,642 Biology 1,993 DNA 1,942 Mice 1,909 Nature 1,863 Base Sequence 1,672 Amino Acids 1,497 Antibodies 1,472 antigen binding 1,464 Enzymes 1,440 Membranes 1,241 membrane 1,240 Mutation 1,203 Rats 1,194 Binding Sites 1,179 1 2 3 ... 1611 1 2 3 ... 2157 Top Authors Publications Kleinman H 55 Yamada Y 35 Nicolaou K 34 Baird D 34 Nagaraj R 28 Firestone G 28 Fidler I 27 Schreiber S 25 Nomizu M 25 Thyberg J 25 Holm R 24 Schlom J 24 Rivier J 24 Takemoto L 24 Janda K 22 Rebek J 21 Corey E 21 Gait M 20 Reichert L 19 Bygdeman M 19 1 2 3 ... 2157
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后基因组时代生命科学发展的里程碑——评首“人造生命”的诞生
热度 1 liuboning 2010-6-23 15:09
该文部分内容刊发《南方周末》科技版、中科院《科学时报》头版科技时评,《中国医药报》研发前沿等。 关于人工生命的述评(未删节版)共分为四小节,主要想回答四个问题 1、 人工生命辛西娅是怎么在科学家手中孕育,诞生的呢? 2、创造辛西娅的文特尔是怎样的一位科学家呢? 3、合成生物学是一门怎样的造物术呢? 4、它真的能像组装电路一样组装生命么? 引文 2010年5月,美国著名科学家克雷格文特尔(Craig Venter)宣布,他们应用四种核苷酸人工设计、合成和装配了丝状支原体丝状亚种 (Mycoplasma mycoides)的基因组,导入掏空遗传物质的山羊支原体(Mycoplasma capricolum)中,使这种无生命的空壳,重新获得了生命。人造生命之父文特尔为世界上首个人工生命起名为辛西娅。 虽然,辛西娅还不是一个完整的合成生命,但却是人工生命征途上最重要、最关键的一步。人工生命辛西娅是怎么在科学家手中孕育,诞生的呢?创造辛西娅的文特尔是怎样的一位科学家呢?合成生物学是一门怎样的造物术呢?它真的能像组装电路一样组装生命么?本文将从现代生物学的角度,对以上问题做出科学的解释 2010年5月22日,国内各大媒体均以世界首个人造生命在美诞生为题,报道美国生物学家克雷格文特尔(J. Craig Venter)在实验室中重塑丝状支原体丝状亚种的 DNA,并将其植入去除了遗传物质的山羊支原体体内,创造出历史上首个人造单细胞生物。 人造生命取名辛西娅(Synthia),意为人造儿。辛西娅,这个美丽动听的名字,短时间内给公众带来的不仅只是惊喜,还有争议,甚至是恐慌。科学家将这一历史创举誉为生命科学领域决定性的时刻,文特尔本人也宣称其改变了生命的定义,甚至有人预测他将因此获得诺贝尔奖。 但是,新闻媒体中广为使用的首次合成人工生命之说,并不科学。文特尔的成功之处,在于用化学试剂合成了人工染色体,并在另一微生物中显示出生物功能。DNA是决定生物性状的遗传密码,却不是生命的唯一组成部分。从这个意义上讲,文特尔只不过创造了部分生命。这项研究成果最为直接的意义,只是人造的支原体可以利用化学合成的染色体生存繁殖,并导致山羊的乳腺炎。 首次创造生命之说言之过甚。 事实上,文特尔本人在《科学》杂志上发表的文章题目却更为客观、严谨首次合成由化学合成基因组控制的细菌。《科学》杂志的相关评论指出,这项研究成果其实并不是首次创造新的生命形式,科学的定义应该是生命再创造或篡改生命。因为辛西娅除了染色组是人工合成外,生命体的其他组分均是来自于已有生命形式。但是,无论如何,这项历时十五年、耗资4000万美元的科研成果,毕竟是人类生命科学发展的一大进步。英国《经济学家》将此成果与上世纪的原子弹爆炸相提并论,后者直接结束了第二次世界大战,但其意义多限人类对自然的破坏。而辛西娅的诞生则意味着人类创造了自然,利用该技术短期内可以为人类制造环保的燃料。而从长远的角度看,它的深远影响更是难以预估。 辛西娅的诞生,再次将文特尔推到新闻媒体的镁光灯下,这让人不禁想起十年前的一幕。文特尔代表自己的私人公司塞莱拉基因公司(Celera Genomics)和公共财政资助的国际人类基因组计划项目(HGP)负责人朗西斯柯林斯联合宣布,完成了人类基因组草图的绘制。当年,文特尔研究人类基因组的商业动机为世人所不齿。极具戏剧色彩的是,十年后,同一主人公在人类历史上首次合成单细胞生物,舆论又是一片哗然。这次,批评家更是将此举比作科学怪兽对上帝的冒犯。 2000年,文特尔和柯林斯宣布完成人类基因组框架图时,人们对这一伟大工程报以了种种美好的愿景。可是,后基因组时代的十年,我们一方面看到了生命科学的发展突飞猛进,另一方面,不得不对HGP研究成果不能直接用于医疗实践表示遗憾。今年4月《自然》杂志推出专刊讨论,人类基因组测序十年纪。5月21日首个单细胞生命在文特尔手中诞生。这一历史突破,可视为是对人类基因组测序完成十周年的最好纪念,同时也是对近十年的后基因组时代生命科学迅速发展的最好诠释。 辛西娅首个人造单细胞生物的前世今生 科学的发展总是循序渐进、水到渠成,而不是凭空捏造、无中生有。早在上世纪七十年代,生物学家就可以利用DNA重组技术,将DNA切割成的基因片段,并把它在大肠杆菌、酵母等细胞中表达。如今,无论是原核生物、真核生物都可以高效表达异源蛋白,并开始产业化应用,为人类生活直接服务。细胞工厂的观念逐步深入人心。从这个角度说,文特尔创造生命的工作,应该是站在巨人的肩膀上,而不应理解为一个人的战斗。(建议删去此段) 早在1995年,文特尔便开始了对生殖道支原体进行基因测序研究。选取生殖道支原体作为研究对象,只是因为它只有1条染色体和517个基因,是人类目前发现的基因组最小的生物。1999年1月,文特尔又进一步确定这些基因中的必需基因。并在《科学》杂志发表论文提出最小基因组的概念,即任何独立生存的生物,至少需要300 个基因才能保持生存,并大胆做出十年之内可能出现人造生命的预言。 2007年6月文特尔创立了被称为造物术的染色体移植技术,实现了完整基因组在物种之间的转移;2008年1月,文特尔合成丝状支原体的最小基因组;2009年,文特尔将丝状支原体的最小基因组移植到去除DNA的山羊支原体体内。2010年3月,文特尔证实含有人造DNA的山羊支原体能够正常生长繁殖。历时15年的孕育,辛西娅终于诞生。 退回十年,以上每一步工作都是异常艰辛,但是进入后基因组时代,被誉为解析生命密码的DNA测序变得成本越来越低,速度也越来越快。当年耗时数年、耗费数百万美元的工作,今天也许在几天内,仅花费几千美元就可以解决。另外,基因数据库内容不断扩充,DNA合成技术日臻成熟,染色体移植技术开始出现。因此,辛西娅的诞生,在业内人士看来并不突然。 文特尔行走于科学与道德边缘的坏小子 辛西娅的父亲克雷格文特尔,曾经是玩世不恭的坏小子,也曾是悲天悯人的战地医生,后来在生命科学领域又扮演预言家的角色,而今天,文特尔又充当了将为预言变为现实的魔法师。 在文特尔充满传奇色彩的个人经历中,先后被兄弟称为无所事事,只忙着冲浪和泡妞,被同事称作专横霸道的希特勒,被竞争对手称之为喜欢炫耀卖弄,且有剽窃之嫌,甚至,DNA之父沃森则直接说其工作 连猴子都会做。他的批评者中不乏诺贝尔奖得主,而他的科研团队里同样有诺贝尔奖得主密尔顿史密斯。 对于自己,文特尔这样在自传中描述,我有可能已遭受不少于一百次死亡。在这份接近死亡的清单里,有幼年时的肺炎,也有横遭车祸。这可以被理解为,成年后的文特尔骨子里面充满冒险精神,性格放荡不羁的最好解释。与众不同的个人经历,也促使文特尔将自己公司的宣传口号定为发现绝不等待。 文特尔1946年出生于美国盐湖城,一直到高中毕业,从未显示出过人的学习能力。值得一提的倒是,他曾打破过学校的游泳纪录。中学毕业后,文特尔参加了海军医院兵团,在新兵智力测试中,他得了最高分35000分。在越南战场,当他不断面临死亡震撼后,终于选择了从事生命科学研究的人生道路。随后他找到借口离开越南战场,回到了加利福尼亚。在圣迭戈大学获得生物化学学士学位,几年后又获得生理学和药理学博士学位,从此走上了科研之路。 人们不曾料想,这个从未就读于常青藤等名校的二流学生,却成为引发了生命科学界的悍然大波的坏小子。而文特尔近二十年光彩耀人的科研经历,甚至可以看作人类基因组时代和后基因组时代生命科学发展的编年史。 1984年,文特尔进入了美国国家卫生研究院。期间学到了快速辨识细胞中mRNA的技术,并将其应用在人类大脑基因的辨认。以这种方式发现的互补DNA(cDNA)称为表达序列标签(ESTs)。 1990年10月, 人类基因组计划 启动,先后美、英、日、法、德、中六国相继加入其中,按最初的设想,该项目将耗资30亿美元,在2005年完成全人类基因组的测序工作。 1991年6月,文特尔根据先前发现的EST开发出全新测序技术,被后人称为经典的鸟枪测序法(shotgun sequencing)。但是,后来有科学家批评道,该技术的测序结果并不精确。 1995年,文特尔利用鸟枪测序法,完成了第一个细菌(流感嗜血杆菌)基因组测序。具有讽刺意味的是,文特尔曾就此项目向美国国立卫生研究院申请资助遭到拒绝。 1998年5月,文特尔从国际人类基因组计划的团队中退出,成立了自己的私人公司塞莱拉,挑战六国研究联合研究机构。并宣称在三年内完成整个人类基因组的测序。文特尔的此举被批评者称为为商业利益诱惑,目的是抢在国际人类基因组计划完成前,将人类基因组图谱申请成专利,靠垄断 人类基因组信息 来谋利。 1999年1月,文特尔在美国科学促进协会年会上大胆预言,十年之内可能出现人造生命,并进一步提出最小基因组的概念。 2000年6月26日,在时任美国总统的克林顿最终斡旋下,文特尔与代表人类基因组计划的柯林斯共同宣布,人类基因组草图完成。两年前,文特尔公开与公共研究机构叫板,两年后最终与竞争对手一起站在领奖台上。同年7月,文特尔因此被评为《时代周刊》的封面人物。人类基因组框架图的完成,标志着现代生命科学由基因组时代跨向了后基因组时代。 2001年2月,文特尔将人类基因组测序报告独立发表在《科学》杂志上,而柯林斯带领的联合实验室的研究报告却同时发表在《自然》杂志上。两个研究组织同时公开他们的研究成果,但不是联合研究的成果。随后,人们发现塞莱拉基因公司所公布的人类基因组图谱,基本上就是文特尔自己的个人基因图谱。当媒体就此指责文特尔欺世盗名时,文特尔辩解道,是科学的好奇心促使他充当基因组测序的第一个志愿者。 2002年,由于人类基因组申请专利受挫,利用基因测序盈利的幻想就此破灭,文特尔又由提出了以1000美元的价格为个人测序基因组的商业模式。遭到塞莱斯公司董事会的拒绝,文特尔本人也被解雇。同年4 月,文特尔为以自己名字命名的科学基金会揭幕,并注资1亿多美元捐助基金会从事对基因的非营利性研究。同时,大胆提出,气候变暖等全球问题的解决有赖于以人造生命为代表的合成生物学的发展。 2005年,文特尔与其他人合伙建立了合成基因组公司(Synthetic Genomics),研究以经过改造的微生物生产可再生能源。 2007年7月,文特尔和诺贝尔医学奖得主汉密尔顿史密斯领导的研究小组首次合成了一种新的染色体。标志着人类已从了解基因序列跃升至有能力编写基因的阶段。随后,文特尔试图将此申请专利,遭到公众谴责,被认为妄图制造道生物产业的垄断公司。同年9月,文特尔把自己的基因图谱呈现给世界。这是当时人类首个个体基因图谱。 2008年,文特尔因开创快速价廉全基因扫描新技术,被美国《科学》杂志评选为2008 年十大科学突破。同年,美国科学家詹姆斯沃森的个人基因组图谱测序完成。更多的人认为,个人基因组测序是对 DNA之父为生命科学作出突出贡献的一种褒奖。但是,此举较文特尔的公布个人全基因组图谱晚了近一年。同年,文特尔将化学合成的四段DNA序列插入酵母细胞,使之复制并最终连接成为一个完整的人造染色体,该技术被《时代周刊评》为2008年十大科学发现。 2009年,文特尔将丝状支原体的最小基因组移植到去除DNA的山羊支原体体内,人造生命已现端倪。 2010年,距1999年文特尔对人工生命的预言仅仅超过了一年,人造生命辛西娅在预言家手里终于变为了现实。 人造单细胞生物的成功诞生,再次把文特尔推到后基因组时代生命科学研究的最前沿。 合成生物学人工合成还是歇斯底里? 合成生物学是后基因组时代生命科学研究的新兴领域。早在本世纪初,它就已经成为现代生命科学的研究热点,2004年《技术评论》认为合成生物学将成为改变世界的十大技术之一;2005年《自然》杂志又刊发专刊介绍生物合成学的进展。然而,生物合成学真正进入大众视野,还是缘于世界首个人造生命的新闻事件。 合成生物学是后基因组时代生命科学研究的新兴领域。该学科通过对多种天然的或人工设计的生物学元件进行合理、系统的组装,实现生命系统的重构。该技术将结构基因时代的DNA解构发展为后基因组时代的生命建构。这一由破到立的方式转变,是生命科学不断发展的必然结果。 2002年,纽约大学的病毒学家埃卡德维默尔宣布,利用购买的DNA片段,制造出了人工合成的脊髓灰质炎病毒。 2003年,美国麻省理工学院成立了标准生物部件登记处,收集标准生物部件,供全世界科学家索取,组装人造生命。 2005年,美国麻省理工学院的恩迪提出了合成生物学的思想体系,包括标准化元件的使用,标准组装方法以及系统的抽象化。 2010年,文特尔利用合成生物学的手段创造出世界首个单细胞生物。将合成生物学的发展推向了新的高度。 合成生物学的核心研究内容在于重塑生命。人们可以利用化学试剂直接合成染色体,进而创造新的物种。这种做法打破了自然与非自然的界限,因此,合成生物学的发展过程一直伴随着人们对该学科伦理道德的争论。对于保守人士来说,生物合成学是对行使造物权利的上帝的最大冒犯。生命合成学的重要成果 人工合成(Synthetic)则被称为综合歇斯底(Synthetic hysteria)。 但是科学的发展是不可逆转的,DNA的演化与变异将不再仅仅发生在自然界,它同样可以在实验室的试管中完成。通过对现有生物体有目的的改造,可以在未来使用人工生命合成新医药材料、生物燃料,并可以降解有机废物和吸收二氧化碳。这些应用才是生物学家开创合成生物学的真正初衷。 早在上世纪七十年代,生物学家就可以利用DNA重组技术,将长链DNA切割成有功能的基因片段,并把它在模式菌株中表达。如今,无论是原核生物、真核生物都可以高效的表达异源蛋白,并开始产业化应用。如利用大肠杆菌生产胰岛素、利用动物细胞生产疫苗抗体、利用转基因动物充当生物乳腺反应器。本世纪初细胞工厂的观念逐步深入人心。 合成生物学的应用,正是细胞工厂理念的延伸。利用该技术更为精确控制代谢途径,进行生物转化或合成目的蛋白。合成生物学可以通过构建人工细胞的方法,来解决诸如能源、材料、环保等社会问题。这也正是美国资源部倾资300万美元支持文特尔研究人工生命的真正用意。 当前,合成生物学的产业化应用已经初现端倪,美国两家企业已开始使用人工细菌生产生物燃料,制药公司赛诺菲-安万特公司已经获准使用合成生物学改造的啤酒酵母生产青蒿素。 28日美国国会能源和商务委员会收到的听证会内容简介文件写道:人造生物学应用前景广阔,涉及健康、能源及环境。 文特尔预言,合成生物学可以直接带来亿万美元的生物产业,也有人预言合成生物学将带来人类历史上的第三次工业革命。 我们期待着合成生物学能将高高在上的 现代生物学的尽快工程化,使之成为造福人类的工业生物技术。 人造生命像组装电路一样组装生命? 借助合成生物学的研究成果,文特尔仅仅使用四瓶化学试剂就合成了人工生命辛西娅。一时间给人以合成生物学便是造物术的感觉。科学家认为,合成生物学可以通过合成生物原件,组装生物系统,来创造新的生命形式。有人就此评论,随着合成生物学的发展,人类可以像组装电路一样组装生命,从此将代替自然扮演上帝的角色。为此,公众对合成生物学展开了广泛的讨论。关于合成生物学,甚至还出现了计算机造人的误传。 像组装电路一样组装生命只是这合成生物研究思路的形象比喻。合成生物学是建立在基因组学、生物信息学、系统生物学等学科基础之上的现代生物科学,在它的发展过程中借鉴了电子工程的研究思路,如生命的遗传物质DNA,可以看作生命体的软件,生物膜等细胞器可以看作生命体的硬件。可以仿照计算机编程的方法,通过操作DNA来控制生命的遗传性状。也可以仿照利用电子原件组装计算机的方法,使用可以替换的生物转(bio-brick)组装生命。 但是,实际上细胞内部基因的表达调控、代谢网络如同蜘蛛网一样繁杂精细,往往是牵一发而动全身。功能基因的调控远不像电路板上晶体管开关那样的简单,细胞代谢网络的复杂程度也非电路板可比。正因如此,即便,生命科学高度发达的今天,文特尔使用已经精简的最小基因组,移植到掏空遗传物质的支原体体内,实验进展的也不风顺。在后基因组时代,基因测序和DNA合成已经技术成熟、成本低廉,所以,一直到组装细菌人工染色体都没有问题。问题就是出在,正确的DNA序列植入到空宿主体内后却不正常工作。这一问题,最终通过甲基化修饰得以解决。这种序列正确的DNA组装成结构正确的染色体,在胞内发生沉默,其实已经涉及到表观遗传学、系统生物学的研究内容。此外,外源基因的插入表达,还会造成细胞原有代谢途径的改变,等等。创造人工生命远不像拼接电路,垒积木那样简单。这也正是人类基因组破译十年后,其研究成果不能直接应用于医疗的的原因。 从科学的意义上说,人工生命的诞生,标志着合成生物学已经可以简单的改造生命。人类从读取基因序列的阶段跃升至编码基因的阶段。但合成生物学远没有发展到可以任意创造生命的程度。合成生物学的进一步应用还有赖于系统生物学的长足发展。 其实,业内人士关注合成生物学的这次突破,不在于其创造生命。辛西娅简单的只是能引成山羊乳腺炎的支原体,离复杂高等的生命体还相距甚远。任意创造生命既不是目前合成生物学发展程度所能企及的,也不是该学科的最终目的。科学家们真正关心的是,如何利用改造的生命体为人类服务 结语 当生命科学进入后基因组时代的第十年,合成生物学开始制造人工生命。我们感叹于现代科技的高度发达。但这项研究成果不应当看做是,人类征服自然的手段。我更愿意将此看做是,自然教授给人类的又一新知,是人类道法自然的更高境界。面对人造生命带来的种种困惑,让我们重温诺贝尔奖得主史怀哲,在一个世纪前关于敬畏生命的论述: 有思想的人体验到必须像敬畏自己的生命意志一样敬畏所有的生命意志,他在自己的生命中体验到其他生命。对他来说,善是保存生命,促进生命,使可发展的生命实现其最高价值。恶则是毁灭生命,伤害生命,压制生命的发展。这是思想必然的、绝对的伦理原理。
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[转载]人造生命显双刃剑效应 奥巴马下令评估伦理风险
nanofeifei 2010-5-22 14:42
http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=327435 人造生命显双刃剑效应 奥巴马下令评估伦理风险 核心提示:美国研究人员近期培育出首个由人造基因组控制的能够自我复制的细菌细胞,研究人员希望运用此技术来加速疫苗生产,制造新的食品添加剂和化学替代物。这一研究成果发表在最新一期《科学》杂志上。奥巴马下令在下周举行听证会,评估伦理风险。 资料图片:美国生物学家克雷格?文特尔制造生命的过程(图片来源:国际在线) 新华网华盛顿5月21日电 美国私立科研机构克雷格?文特尔研究所研究人员20日报告说,他们,从而向人造生命形式迈出了关键一步。人造生命相关技术的应用前景固然广阔,但其双刃剑效应绝不可忽视。 这些研究人员人工合成了一种名为蕈状支原体的细菌的脱氧核糖核酸(DNA),并将其植入另一个内部被掏空的、名为山羊支原体的细菌内。经过多次失败,他们最终使植入人造DNA的细菌获得新生,并开始在实验室的培养皿中繁殖。研究人员希望借此更好地了解驱动所有生命的基础机制,并利用基因工程制造某些种类的细菌,用于生产燃油或消解毒性废物等。 对于这项成果,科学界反应不一,有些科学家评价颇高,但也有相当一部分科学家心情复杂,态度审慎。 给出高评价的,有美国拉特格斯大学分子生物学家理查德?埃布赖特。他说:这是人与自然关系的一个转折点,历史上第一次有人创造了一个完整的带有预定特性的细胞。斯坦福大学生物医学伦理中心主任戴维?马格努斯甚至认为,这项研究可能开启基因工程新纪元。 20日出版的新一期《经济学人》杂志封面文章预测,将来有一天,新的细菌、动物或者植物等生命体将被电脑设计,最后被人类制造出来。在某种程度上,这种创造生命的举动比第一颗原子弹爆炸更能证明人类掌控自然的能力。 与此同时,也有相当一部分科学家的评价比较谨慎,认为文特尔研究所只是部分合成了现有细胞,并未跨越无中生有、创造生命的界限。波士顿大学生物医学专家詹姆斯?柯林斯表示,他不认为上述合成的单细胞生物体意味着一种人造生命形式的诞生,它只是一个带有人造基因组的生物体,而非人造生物体。 美国总统奥巴马也注意到了这项成果。他当天致信负责生物伦理问题研究的一个总统委员会的主席、宾夕法尼亚大学校长埃米?古特曼,要求委员会评估这类研究在医学、环境、安全等领域的影响。 事实上,近年来,克隆技术、干细胞技术和基因工程等飞速发展,但它们引发的伦理和道德之争从未止息。对待人造生命,在看到其巨大应用前景时,也要时刻警醒其可能带来的危害。 《经济学人》杂志认为,人造生命看起来是一件令人惊奇的事,这种技术具有众多优势。就短期而言,可以应用于制造更好的药物、农产品、绿色燃料以及促进化学工业的发展;但从长期来看,谁也不知道它可能带来什么样的后果,这种技术与生俱来地存在着危险,如果滥用可能导致恐怖的灾难。 该刊因此提出了这样的问题:如何控制这些能自我复制的人造生命?谁能拥有人造生命基本工具的专利权?这些问题的答案无疑在于各国政策制定者如何保持理性,戒慎警惕,对此类技术加强管制。 奥巴马在致信古特曼时也表示,需要确定这类技术的合适伦理界限,将其危害控制到最小程度。环保组织地球之友也认为,必须确保相关法规到位,以保护环境和人类健康免受这项有潜在危险的新技术伤害。 (本文来源: 新华网 作者:任海军)
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生物编程员之硬件实现相关(三)化学药物生物合成的背景
whchen 2010-1-25 22:57
青霉素的问世是人类医药史的里程碑事件,抗生素以其见效快,疗效好,重现性高,作用机理清楚的优势迅速而彻底地颠覆了传统的医药格局。在二战中她作为灵丹妙药拯救了无数生命,二战后直接延长了人类的平均寿命。青霉素的巨大成功强有力地击败了传统医学,塑造了一个全新的医药模式:确定的单一药物化学成分,确定的药物代谢动力学,药理学,毒理学,确定的治疗方案,确定的可以重复量化的效果。这一切是那么完美地符合科学的审美观,符合西方文化中的科学主义的主张。青霉素成为了西方医药的典范模式被推广到医药的各个方面,抗肿瘤,抗病毒,抗虫,抗炎症,抗痛,抗氧化,免疫调节,营养保健,生理功能调节等等。 在这个游戏规则中,西方医药企业在造福人类的同时获得了巨大的经济成功。化学药物的经济成功催生了有机合成的爆破式发展,而有机合成能力的提升强化了化学药物对医药领域的全面入侵。中医药是其中的一个落败者。中医药代表的文化也被全面压制。 万物总是盛极而衰。化学药物极度扩张也很快暴露了还原论思维的不足之处。人体是一个精妙的生态系统,对于复杂疾病的防治化学药物明显心有余而力不足。而大自然中细菌抗性的广泛出现就是对滥用抗生素提出的警告。化学药物昂贵的研发成本和制造成本也使得药物难以造福人类,更多是造福资本家。化学药物的环境资源成本也使得人们寻找更加自然的药物生产方式。 随着生物学和科学的迅猛发展,绿色化学绿色医药作为一个模式作为一种文化有成长起来的空间。 后记:科学主义就像文化领域的青霉素,以其卓越的效果和极强的传播能力迅速而彻底地颠覆了传统的文化格局。流于形式的科学真理统一了所有的心智。 市场经济就像社会领域的青霉素,以其明显的效果和极强的复制性迅速而彻底地颠覆了传统的社会格局。经济人(自私人)的假设是那么的深入人心。 民主政治是否是政治领域的青霉素呢?这个问题还在思考中。
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生物编程员之硬件实现相关(二)鸟枪合成外传
whchen 2009-12-29 14:48
一个人不要在同一个地方跌倒两次,但一个人可以在同一个地方成功两次。 要想实现生物编程,首先就要拥有编码能力。而现在这个能力已经被Venter研究所的科学家阶段性完善成熟了1。人工生命也已经诞生2,虽然没有申请到专利,但是吸引全世界科学家关注的效果已经形成,Venter的人工生命必将推动整个合成生物学的沸腾,就像Venter标志性的鸟枪技术对测序的深远贡献。 我们今天讲的就是人工生命诞生这么一个段子。 Venter是一个美国个性派科学家,2001年因为单挑整个人类基因组而家喻户晓,但他是一个某种意义上的民科,曾经人类基因组测序的一份子,因为见解不能被人类基因组计划采纳自己寻求民间资助。美国民间是有财的,藏富于民不是忽悠,Venter也是有才的,发展个性后的多样性不是忽悠:Venter的思路是独特的。 总之,Venter拿到了他的鸟枪,但是对手是有大炮装备的一群天才,一群过去已经证明成功过的天才(双螺旋沃森是其中之一)。当然好消息是老虎会打盹岁月不饶人,过去的成功与将来的成功不是简单线性关系,时间本身是一个变量因素,研究者的知识结构随时间价值变化,研究对象的现象层面随时间变化,研究环境随着过去的成功发生或正或负的变化。 闲话不表,那么Venter的鸟枪有什么优势呢?通俗说来就是灵活可以打游击,发动群众的力量。专业来说就是鸟枪测序可以将人类基因组化整为零从而进行大规模平行测序。这就跳出了人们认为天书只能从头读到尾的习惯限制。每人拿一小段,大家分头去读,然后交给计算机汇总Venter高声说道,复杂的事情就被简单的原理克服了。我们现在的第几代第几代测序技术都发扬了这个思路,大规模平行测序,虽然Venter的鸟枪没有被命名为几代几代,但是我们记住了他的贡献,单挑整个人类基因组的英勇事迹也激起了爱好英雄的美国人的测序技术创造热情,后面的测序技术极致发挥鸟枪做到了空间换时间的艺术实现。 另一边,大炮也有大炮的难处,虽然天书被分成了几章(中国人拿到了一些),但是没有办法发动群众,操作大炮可是一门技术活。 就这样,鸟枪占得了先机,但是就这样,大炮也赶上来了。就这样,英雄隐退了。暂时隐退了,英雄未老,天涯海边有他的足迹,一艘游轮在科学的海洋中默默前行。下一个新大陆等待着勇敢的先驱去发现他。 这次英雄也有了自己的研究所,鸟枪还在,该瞄准什么呢?大炮已经和解了,硝烟随风飘散。把玩鸟枪,Venter思绪万千,当年一枪将生命天书打成碎段落也是不得已为之,现在能否一枪将生命天书重新拼成章节还生命天书一个整体?泼出去的水收不回,破镜怎样重圆?科学界有人在做粘连天书碎段落的工作,DNA重组技术是也,诺贝尔奖级工作。但是天书岂是如此好粘连,两个片断连接在一起切接转鉴需得三天,何况是成千上万个片断,如何在有限的时间内完成,还有如何将整页天书装订起来?莫非还要一个登月计划似的工程? 解铃还需系铃人,鸟枪能够将基因组化整为零,那么鸟枪思路也可以反过来运用积零成整,大规模平行组装合成序列。忘记一对一的小心翼翼的粘连工作吧,天书片断是有灵性的符号,他们自己可以找到伙伴。同源的片断手牵手,大家站成列,然后交给教母(酵母)去装订Venter高声说道,复杂的事情又被简单的原理克服了。我们未来的第几代第几代合成技术都将会发扬这个思路,大规模平行组装合成,不知道那时候Venter的人工生命应该会有他的位置吧?不过现在,美国人的合成技术创造热情还刚刚被人造生命点燃3,我们一起来发展合成技术吧,一切皆有可能,你我在未来。 技术细节请参见文献。现在人类已经拥有了书写天书的能力了,那将要写下什么篇章呢?且看下回分解:山歌一首乐民心。 1. Gibson,D.G.etal.One-stepassemblyinyeastof25overlappingDNAfragmentstoformacompletesyntheticMycoplasmagenitaliumgenome.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica105,20404-20409(2008). 2. Gibson,D.G.etal.Completechemicalsynthesis,assembly,andcloningofaMycoplasmagenitaliumgenome.Science319,1215-1220(2008). 3. Carlson,R.ThechangingeconomicsofDNAsynthesis.NatureBiotechnology27,1091-1094(2009).
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生物编程员之硬件实现相关(一)英雄前传
whchen 2009-12-29 14:37
一个人不要在同一个地方跌倒两次,但一个人可以在同一个地方成功两次。 要想实现生物编程,首先就要拥有编码能力。而现在这个能力已经被Venter研究所的科学家阶段性完善成熟了1。人工生命也已经诞生2,虽然没有申请到专利,但是吸引全世界科学家关注的效果已经形成,Venter的人工生命必将推动整个合成生物学的沸腾,就像Venter标志性的鸟枪技术对测序的深远贡献。 人类编码能力的逐步进化伴随着一系列巨大的技术成就和应用成果。 人们广泛应用了几千年的杂交育种工作是编码能力的萌芽,让两性繁殖这个自然的遗传重编码过程在人类的定向选择下对物种进行性状优化。这个时候完全没有编码能力,但是已经有选择编码结果的意识了。这是一个漫长的过程,人们也通过这个技术获得了各种驯化了的动植微生物。孟德尔用这个技术研究了遗传的基本规律,摩尔根用这个技术获得了基因的概念。 进入遗传学的时代,缪勒发现X射线照射可人工诱使遗传基因发生突变,人们获得了随机改变遗传编码的能力。有了这个技术,摩尔根的果蝇研究中各种奇特的突变株才可以得到,有了这个技术,弗莱明的青霉素的产量才会有几个数量级的提高,抗生素行业才能在人类健康中发挥如此巨大的作用。 进入分子生物学时代,伯格和科恩的重组DNA技术的发明更是直接让人们看到了生物学时代来临的曙光。人们拥有了改变遗传密码的初步能力虽然还很有限,但是重组DNA技术让科学家可以定向改变想要研究的基因,这项突破影响巨大,在生物学研究领域创造了一个基因功能研究的标准范式:基因敲除基因回补看表型。基因敲除小鼠为人类认识各种疾病开发新药提供了研究模型,干细胞治疗也需要重组DNA技术来帮助实现。而通过重组DNA技术工业化生产的各种生物类药物(产品)迅速成长红透药物市场半边天。 进入系统生物学时代,Venter的人工生命是合成生物学的一个里程碑。人类拥有了编码能力,强大的编码能力,不是重组式的而是denovo的彻底的重零合成。人类拥有了书写生命天书的笔和白纸,现在想像力才是书画的极限,一个全新的令人振奋的领域已经打开,还犹豫什么,一起来作画写诗词吧! 1. Gibson,D.G.etal.One-stepassemblyinyeastof25overlappingDNAfragmentstoformacompletesyntheticMycoplasmagenitaliumgenome.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica105,20404-20409(2008). 2. Gibson,D.G.etal.Completechemicalsynthesis,assembly,andcloningofaMycoplasmagenitaliumgenome.Science319,1215-1220(2008).
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合成生物学相关
whchen 2009-12-26 15:27
Normal07.8 磅02 按照西方阐述一个学科理论的经典模式,首先是要说明研究的集合和元素用以表述几条公设(元素间的关系)。对一门正在快速发展的学科这样做是不合适的。所以我在这里仅仅做个尝试,写写合成生物学相关,说说我自己目前阶段对合成生物学的认识,借用西方科学的一个组织模式。欢迎大家一起来讨论。 什么是合成生物学? 在生物学研究领域,结合运用科学和工程,人工设计和合成新的生物学功能和系统。 合成生物学是在系统生物学深入发展的基础上融合多门工程学科形成的一门新兴学科。 系统生物学的科学认识要求合成生物学的科学实践。而合成生物学则向系统生物学提出了更多的科学问题,为系统生物学提供了全新的研究视角,试图通过合成生物功能和系统来认识整体层面上的生物学复杂性问题。合成生物学将有力促进系统生物学的发展,是系统生物学的实际应用。 合成生物学融合了化学工程,发酵工程,酶工程,基因工程,代谢工程,信息工程等学科的技术手段,有机结合系统生物学强大的组学工具,发展出了更高层面的人工设计合成的生物功能和系统。合成生物学将整合各相关工程学科的发展成果,是整体层面的工程实践。 合成生物学的几个例子: DNA人工编码的生命 人工微生物体系高效合成青蒿素 可感受光信号的人工改造大肠杆菌 有简单计数功能的人工生物学网络 后记:不远的将来可能会有生物程序员这个职业吧。
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[原创]合成生物学与绿色制造—我国如何从甾体药业大国转变为甾体药业强国
热度 1 yangsk 2009-3-10 11:32
众所周知,我国科研院所过去数十年来积累了不少技术成果,特别是过去二十多年来的几个五年国家攻关,从层层高管到基层团队,各路人马竞相出台,均都气壮如牛地声称要把科技成果产业化,到头来确实播下去的时龙种,收获的却是跳蚤。 我国甾体药业为例,自从 1958 年以来的过去 50 年,现在已经成为了一共甾体药业大国。原料药的总吨位数早在 20000 年已占有全球 400t/a 的 1/3 份额,但多数为低档次产品,被发达国家几家公司牵着鼻子走。调整产品结构,促进技术进步,自九五以来完全放任自流;其后的薯蓣种植炒种热,皂素价格大起大落很伤农。科技进步在浮躁心理支配下难有作为。长期以来依靠单一薯蓣皂素的半合成生产工艺,已经给我国的甾体激素药物国内外产和销带来的一系列问题,行业技术进步无从谈起,仍然是驴推磨似的原地转圈。例如,仅以占甾体药业大头( 70% )的糖皮质激素类药物,生产工艺的瓶颈生物发酵工程一直远远落后于人,长期以来难于解决。近年国外开辟新资源的研发甾醇生物降解已取得突破性进展,部分得以工业应用,但我国尚无多大起色,虽然已有所动作,但仍旧如京戏三岔口单打独斗,成效难于评估,更谈不上创新突破! 笔者建议,若要有所作为,奉劝我国的甾体药业企业,要平静地面对企业研发力量的薄弱的现实,由政府相关部门牵头组织,在全盘规划的基础上,选择出够资质的院所科研机构与相应的企业研发中心协同攻关,立足当代合成生物学高标准基础上,一步步实现我国甾体药业的绿色制造。体现在节能降耗、工艺先进,实现半合成原料多元化(薯蓣皂素、蕃剑麻皂素、甾醇降解的 AD 、 ADD 、 9 a -OH-AD ),尽快达到使我国从一个甾体药业大国转变为甾体药业强国的目标,正在体现生态、经济、社会可持续发展的理念! 最后列出一个笔者过去近 40 年职业生涯归纳的一条研企成果产业化的倒三角四、三、二、一过程律: 沟通 理解 支持 合作 资金 技术 市场 甲方 乙方 项目 同时,读者如有兴趣,请参阅笔者的一篇论文 关注发展本土甾体资源 均衡发展我国甾体药业
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[原创]小议合成生物学
yangsk 2009-2-5 11:33
引言 新近,合成生物学这一科学术语出现的频度颇高,己经引起了诸多国內外学者及发达国家政府部门、资深大学的高度关注。它旨在通过这一大科学项目,经由人工设汁和构建自然界不存在的生物工程体系來解决人类社会面临的可持续发展问题,如能源、材料、健康和环境保护问题。当然其直接诱因在于过去数十年來分子细胞生物学的快速进展,导致生物技术的迅猛发展,尤其是自从基因工程(或重组 DNA ,遗传工程)技术在医药、农业领域的突破性进展及产业化,以及在工业生物技术(工业生物催化及生物加工过程)方面的快速拓展并己呈现出美好的绿色制造前景,更是突显了当今科技前沿领域集中关注这一新兴热点合成生物学。它是由人类基因组测序项目成功完成后,催生出耒的合符逻辑的发展。 自从 2000 年 Kool 在美国化学学会年会上重新提出合成生物学概念以来,细胞信号传导、基因调控网络设计与转基因研究开发迅速发展, 2005 年在美国创建了 Cellincon 合成生物公司 ,2007 年 Keasling 在加州大学伯克利校园创建了首个合成生物学系。早在 1980 年德国学者 Hobom 提出 DNA 重组技术的合成生物学概念以来,强调的是生命科学的工程应用,已经建立起了一系列 DNA 分子的人工合成、基因的转移技术等方法与手段。新近的合成生物学发展趋势是采用计算机与系统科学原理的遗传工裎,是系统方法学的创新,最终的目标是发明细胞机器人或生物分子计算机,活细胞制药厂或人造细胞工厂,以及农业、制药产业一体化的药物农场;合成生物学须得要系统集成(或人工强化)包括实验、计算及系统工程研究与应用;采用计算机技术、系统科学原理,整合仿生学、人工智能与遗传学、生物工程的理论与技术,系统生物学的医药与工程应用;开发人工设计生物传感器,以及转基因生物反应器对天然(或非天然)药物成分和高值蛋白质(或酶蛋白)药物的規模化生产。合成生物学改变过去的单基因转移技术,开创综合集成的基因链(或基因组)乃至整个基因蓝图设计,并实现人工生物系统的设计与制造。例如日本学者在己经完成氨基酸工业发酵重要模式菌种谷氨酸棒桿菌( C.glutamicum ATCC 13032 )全基因组测序工作基础上,又从头开始了新一轮的氨基酸工业发酵菌种改造的基因组学育种合成生物学实验研究工作,它必将为氨基酸生产带耒革命性的改变。另一个著名的例子就是法国学者和企业界合作,耗时 10 年之久完成了一项巨大的合成生物学项目 - 重组人源化酵母工程菌发酵糖和醇产生皮质甾体激素基本药物氢化可的松,它经由人工设计操作 15 个不同来源的基因,其中 9 个基因由外源有机体提供,包括从人、动物及植物来源获取;构建成功的这一酵母工程菌能表达 1 个植物酶因,引入 8 个相关酶,敲除 4 个基因,使得原本仅生产麦角甾醇的酿酒酵母经基因重组的工程菌,在利用糖和醇的发酵培养条件下产生出了目标药物产品氫化可的松。 针对这一生命科学领域的引人注目重大研究进展,国外有人预言,合成生物学和系统生物学的藕联将会导致全球的第三次工业革命,其势头可与上世纪物理学之于电气、电子及电子通讯工程,化学之于石油化学工程一样带來的全球产业变革。总之,合成生物学已经吹响了 21 世纪的冲锋号!我们该怎么办呢? 谏言 与时俱进 , 发展国内的合成生物学。怎样发展该大科学 RD 项目呢?国内当前各行各业都正在贯彻执行以胡锦涛同志为首的党中央关于科学发展观指示精神 , 发展国内的合成生物学更离不开科学发展观的指导。 首先须得正本清源。勿庸讳言,新中国成立的六十年耒在生命科学和生物技术领域成绩巨大,较之旧中国有很大进步,奠定了较好的工作基础,并正在迅速发展。但是近十多年来,国家科技投入经费增长很快,但绩效并不能令人满意,歪风邪气上升,浮噪、弄虚作假,学霸、学阀仍横行无忌,学术界歪风邪气呈愈演愈烈之势。在此情景下怎么办?要效仿当年( 1961-1962 )中央政府痛下决心整顿大跃进后遗症的手段,须得在科教界耒一次整风运动,切实贯彻调整、巩固、充买、提高的方針。不如此难于打开当前一盘散沙,信息不对称的混沌局面,很难取得实际成效,发展我国高科技的愿望将会落空。即使科技投入再增高,引进人才再牛(确有真才实学当然要引进),其结局仍将是打水飘;科教界的关键问题仍然是外行颂导内行、假神排挤真神,无学术民主氛围,谈何科技进步?若干国家级项目仍然是过了一个五年又一个五年,再来一个五年。五年何其多 , 仍是驴推磨!占着茅坑不拉屎,这就是典型的茅坑症候群之劣币驱除良币现象,而且还很有市场。这怎能不重创整个国家的科技竞争力?谈甚么绩效!有真才实学的人才怎能不外流,这就是真实的现实! 其次,就是按科学规律办事。合成生物学既然是当代前沿交叉学科的热点领域,首先要厘清的基本问题是立足任用在生物学(植物、动物、微生物学,以及遗传学)、生物化学及分子生物学、有机合成(或药物)化学、工业微生物及发酵工学等学科领域内确有真才实学的实干家领军,而不能让那些靠行政力量大树特树立起来的科技官僚、假神挥午指挥棒,他们讲起话来也是口若悬河滔滔不绝 , 而实际上是头重足轻根底淺,嘴尖皮厚腹中空的空头指挥家!还能让这些人站据高位吗?当然不能 , 美国总统都还要四年一选呢。对遴选出釆的真正领军人物要真正给他们以教授治校,专家治所的权柄,创建一个有实力的资格的能与国际生命科学界接轨的东西南北中的国家级团队(而不是传统门阀观念,要五湖四海),这就是从事合成生物学的基础研究团队,任务就是实现从结构生物学向合成生物学的过渡,重点解決系统方法学和技术体系的系统集成(或强化)问题;同时根据国土生物资源和研发力量人才资源的合理配置情况,适当地组建国家或依社会经济发展地域的合成生物学与绿色制造研发中心。总之,正确用人是第一位的,既要考察其专业技术工作背景,更要看其解决具体难题的能力。要避免克服搞科技大跃进的敝端 , 如在上世纪 50 年代大跃进的 1958 年 , 我国在一遍超英赶美声浪中开始了人工合成胰岛素的研究项目,初期曾出现过大兵团夾击胰岛素的混乱局面,大干快上的大哄大嗡的结果空耗了数年光阴。后经中科院所及相关大学认真适时总结经验,又重组了精干的高水平研究团队,最终于 1965 年秋,成功地人工合成了具有生理活性的牛胰岛素,取得了中国科学家在全球科学发展史上具有哲学意义里程碑的成就。 第三,要本着有所为,有所不为,尊重基础 , 尊重科研工怍积累,尊重代际传承的原则 , 要避免轻率按条块部门利益出发 , 另立山头,争抢人力、物力及財力资源 , 造成分散重复 , 浪费现象令人吃惊!笔者所在的生物学科研究机构剛过去建所 50 周年庆 , 仅只就能同合成生物学关系宓切、较接近的应用与环境微生物部分 , 过去 30 年来,几经拆腾大伤元气 , 就以工业微生物的二个课题组为例,算得上完成了从实验室研究到工业化开发的全过裎记录,有一定的业内显示度;然而早期阶段并非是体制内的主流课题 , 是被边缘化了的山寨课题 , 伴隨着科研人员剛性退休制度的实施,这两个研发团队面临着解体终结的命运,谈何传承。这不能不说是造成科研无形资产的重大损失。重起垆灶、拚盘式行政组合的人才引进也並非上策。 从合成生物学与转基因系统的生物技术研发方何评判,上述的 2 项课题均符合经由生物系统分析学与人工生物系统操作 , 改造次生代謝产物(如抗生素类)的转基因生药,工程微生物;改造酶功能活性的蛋白质酶工程及其在规模化生物反应器的应用。这将会对已投产的农用抗生素 - 宁南霉素产业的技术进步有促进作用,符合我国生物农药绿色制造及应用的发展方向。另一项课题就是笔者实验室过去 20 多年耒在国内首次研发投产成功的酶法转化肉桂酸生產 L- 苯丙氨酸 , 企业再延伸到生产新糖源阿斯巴甜 , 这己对于我国的该项新兴产业发展带耒积极影响,詳情可参见前几篇相关博文及文献资料。直到今天 , 笔者仍坚持认为关于红酵母苯丙氨酸解氨酶( PAL )的合成生物学研究开发 , 是很有重大应用价值的。如德美两国学者己经联手合作 , 经由植物烟草转酶 PAL 基因 , 重组烟草植株的大田种植 , 收获生物质进行加工 , 从烟草叶绿体蛋白高表达的 PAL 酶蛋白 , 获取有活性的 PAL 酶产品 , 该产品可用于: 1 )药用 PAL 酶治疔幼儿遗传病 - 苯丙酮尿症( PKU ); 2 )作为工业生物催化剂酶法转化肉桂酸生产 L- 苯丙氨酸,以及生物转化芳基丙烯酸制 L- 芳基丙氨酸类的非天然芳香氨基酸; 3 )烟草生物质中苯丙素次生代谢生理活性物质的开发利用。 由此可以看出 , 这一类较有研发工作基础的项目 , 若有条件继续深入 , 自然能与合成生物学接轨的 , 但现实的情况令人无奈 , 在当前剛性科研体制下 , 基层科研所学术气氛极为沉闷 , 入仕的各级领导很少认真考虑这些科技发展战略问题 , 一味能作的事就是传上达下的习惯性官僚化管理;只讲争项目,拿经费,至于投入 / 产出的科研工作效益很少过问。过去的这些年來,五彩缤纷的科技气球吹破的还少吗?!又有谁来问过责呢?试问这样的运作对我国的科技发展究竟有什么实际好处呢?据说 , 仅中科院 100 个研究所百人工程实施以耒,己引进 1300 人,投入(人财物)不可谓不大 , 近来又纷纷传出要以超国民待遇引进超级人才,这不是又一次暴露了这一举措是对百人工程计划的否定吗?可见 , 当前国内皇权政治式科研(教肓)体制,如不作认真地深化改革,是难有出路的;要追赶上当代合成生物学的发展趋势,进而实现产业的绿色制造是难有作为的。(下篇博文将正面讨论合成生物学与绿色制造话题)
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