合成生物學

合成生物學（synthetic biology）是將生物科學應用到日常生活中的一種嶄新方式。英國倫敦的皇家科學院（Royal Society）認為：合成生物學結合了其他領域的知識與工具，涉及的領域包括系統生物學、基因工程、機械工程、機電工程、資訊理論、物理學、納米技術及電腦模擬等等。

目前，合成生物學已在多個行業落實應用，例如農業、能源、製造業及醫學等等。

## 歷史

合成生物學家試圖創造出一種以脫氧核醣核酸編寫的語言。為了達此目的，需要設計脫氧核醣核酸片段，而這些脫氧核醣核酸片段已經獲得標準化處理，能與其他片段輕易連結。每個片段代表著個別指示，而將它們組合起來，便成為一個程式，能夠指示細胞進行一系列的工作。這個過程類似編寫電腦程式又或是製造機器人，不同之處是其製成品是具有生命及繁殖力的活細胞。

合成生物學能夠迅速發展成為一門學科，有賴脫氧核醣核酸編碼能力的急速提升。憑著近年在化學合成及分子生物學的發展成果，終能將整個基因組直接從它們的去氧核糖核酸建構基（A、T、G及C）合成。這種技術在成本、準確程度及反應時間等各方面，一直得到迅速改善。在可見將來，即使要從零開始來創造基因組，亦會變得輕而易舉。

## 合成生物學與基因工程學之分別

合成生物學是以過去三十年來研製而成的工具為發展基礎。基因工程學則專門運用分子生物學來製造脫氧核醣核酸（例如複製及聚合酶鏈式反應），並以自動定序形式來讀取脫氧核醣核酸。合成生物學增添了脫氧核醣核酸自動合成、標準設定、抽象概念應用以及人工設計組合等功能，大大簡化整個設計程序。

## 現今的應用範圍

### 生物能源

進行細胞工程，將糖、澱粉質、纖維素（農業廢物）及二氧化碳中的碳，轉化為具效益的產物，包括交通工具所需燃料。利用可再生原料進行碳中和化合作用，有助減少溫室氣體的排放。

### 綠色製造

傳統塑膠及紡織製造業牽涉的製作過程，往往需用上高溫和有害溶劑，更會產生污染物。就上述步驟進行細胞工程將可以引伸出一系列程序，其中一些更可以在室溫的環境下進行，最後不會產生有害的副產品。

### 農業

現時，合成生物學獲應用於植物工程學，將有助科學家設計一系列能帶來更豐碩收成、具抗病能力，及能抵抗極端或惡劣環境的農作植物品種。

### 製藥業

可重新改造細菌及酵母，達致低成本製藥的目的，例如採用經基因重組的細菌生產抗瘧疾。上述過程將有效大幅降低生產成本，從而將藥物推廣於發展中國家的龐大市場。

### 醫療

重整人類細胞，與人體組織及器官作更佳結合；而細菌及人類免疫細胞則可獲轉用於發展多項針對不健全細胞及組織的療法，有助對抗癌病及一些遺傳病。

### 人造生命

合成生命試圖探索生命的起源，研究生命的機理，甚至從非生命物質中創造生命。克萊格·凡特的研究團隊在2010年5月宣布，他們組裝了將百萬鹼基對的基因組插入了細胞，合成了可以自我複製的細胞。基因組是基於Mycoplasma mycoides的基因組設計，經過修剪、加入使其可在酵母中生長等的成分。先是合成超過一千個核苷酸小片段，之後逐步在酵母和其他細胞正組裝成基因組，最後把它注入到原本遺傳物質移除的另一個物種Mycoplasma capricolum中。合成的細胞和以分裂，「完全由新的基因組控制」，ultimately demonstrating that DNA can be very practically described by its chemical properties.凡特認為，這是「第一個合成細胞」，花費了超過四千萬美元。科學社群中對此細胞是否為完全合成存在爭議：化學合成的基因組序列基本是自然基因組1:1的複製，接受基因組的細胞也是自然的細菌。克萊格·凡特研究院堅持使用「人工合成的細菌細胞」，但解釋是「我們不認為這是從頭湊成的細胞，而是從已有的生命使用合成DNA創造生命。」凡特計劃將合成的細胞申請專利，宣稱「它們明顯屬於人類發明」。研究者認為，建造合成生命會允許研究者通過創造生命了解生命，而不是通過分裂生命。他們還提議，延展生命和機器的邊界，直到兩者重疊，產生「真正可以編程的生物」。參與者認為，與當今的科技相比，創造「真正合成的生化生命」與當今的科技水平接近，而且比登月便宜。

## 外部連結

- A biosynthesis company
- Synthetic Biology community Wiki, hosted by MIT & Harvard researchers
- Synthetic Biology in Practice, a blog by Howard Salis
- Synthetic biology @ Berkeley/LBL
- Jim Collin's Lab @ Boston University
- Jingdong Tian's Lab @ Duke University
- George Church's Lab @ Harvard Medical School
- Drew Endy's Lab @ MIT
- The Pawson Lab website @ SLRI, Mount Sinai Hospital（Toronto）
- Christina Smolke's Lab @ Caltech
- Ron Weiss's Lab at Princeton University web site.
- Michael Elowitz's Lab @ Caltech
- Web page of the Synthetic Biology Spanish group participating this year in the iGEM. Contains a lot of information about what is Synthetic Biology, the iGEM competition, and the proyect they are making.
- Lingchong You's Lab @ Duke University
- Chris Voigt's Lab at University of California, San Francisco web site.
- GenScript USA Inc.: A gene synthesis/DNA synthesis company
- Andy Ellington's Lab @ The University of Texas at Austin
- Codon Devices: A Synthetic Biology Startup
- Synthetic Genomics: A Synthetic Biology Startup
- J. Craig Venter Institute
- DNA2.0: A gene synthesis company
- Synbio Technologies: A DNA Technology company
- Synthetic Biology Project @ SLRI, Mount Sinai Hospital（Toronto）
- Programmable Cells: Engineer Turns Bacteria Into Living Computers, an exposition of synthetic biology
- Synthetic Biology Blog
- Synthetic gene design software collection by Gang Wu @ UMBC Evolvingcode research group
- Harman on Technology Blog: Thoughts on applying software engineering practices to biology.
- the iGEM program- intercollegiate Genetically Engineered Machines
- An annual competition which challenges researchers from the undergraduate to postgraduate level to create synthetic biology creations. The program is presented in conjunction with
- MIT's Registry of Standard Parts, a repository for genetic parts specifically modified to facilitate synthetic biology projects.
- - Bio-Multimedia Synthetic forms of entertainment

### 影片

- Video interviews with synthetic biology experts, NGOs and funding institutions