美國(guó)合成生物學(xué)主要講什么內(nèi)容?合成生物學(xué)可以改變病毒、細(xì)菌、酵母、植物或動(dòng)物的遺傳物質(zhì)，賦予它們有用的新特性。例如，整合蜘蛛 DNA 可使蠶生產(chǎn)出超強(qiáng)、超輕的絲。

這項(xiàng)技術(shù)可以幫助應(yīng)對(duì)醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、制造業(yè)和環(huán)境等領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。本期 "科技聚焦 "介紹了合成生物學(xué)的一些優(yōu)勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)。例如，合成生物學(xué)可以用來(lái)設(shè)計(jì)活細(xì)胞，從體內(nèi)治療疾病，但也可以用來(lái)制造生物武器。

一、為何這很重要

合成生物學(xué)可以修改或創(chuàng)建生物體，以應(yīng)對(duì)醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、制造業(yè)和環(huán)境等領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在商業(yè)產(chǎn)品中得到應(yīng)用，生物技術(shù)和計(jì)算方面的最新進(jìn)展擴(kuò)大了其潛在的益處。但它也可能引發(fā)安全、國(guó)家安全和倫理方面的擔(dān)憂。

二、技術(shù)是什么

什么是合成生物學(xué)?合成生物學(xué)是一門涉及工程化生物體(如病毒、細(xì)菌、酵母、植物或動(dòng)物)的基因物質(zhì)，賦予其新特性的多學(xué)科生物技術(shù)領(lǐng)域。它有潛力在作物、藥物、材料強(qiáng)度和更高效的工業(yè)過(guò)程方面引入有益的變化。科學(xué)家們還在探討使用合成生物學(xué)來(lái)解決環(huán)境挑戰(zhàn)，通過(guò)工程化生物體利用二氧化碳，生產(chǎn)用于車輛的生物燃料，并將甲烷轉(zhuǎn)化為可生物降解的塑料。

三、它是如何工作的?

合成生物學(xué)將工程原理與現(xiàn)有的生物技術(shù)技巧相結(jié)合，如DNA測(cè)序和基因組編輯，以修改或創(chuàng)建新的生物體?？茖W(xué)家們使用DNA測(cè)序來(lái)讀取存儲(chǔ)在DNA中的生物信息。隨著這項(xiàng)技術(shù)變得更加準(zhǔn)確、更快和更便宜，科學(xué)家們正在建立DNA序列數(shù)據(jù)庫(kù)，以幫助他們識(shí)別特定DNA片段的生物功能。在這方面取得的進(jìn)展，以及人工智能等計(jì)算工具的進(jìn)步，支持快速和迭代的設(shè)計(jì)和測(cè)試周期，以替代耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)。例如，合成生物學(xué)家可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)更好地預(yù)測(cè)他們對(duì)生物體所做改變的效果。

一旦獲得關(guān)于DNA功能的信息，合成生物學(xué)家可以使用基因組編輯工具(如CRISPR)在生物體內(nèi)編輯或創(chuàng)建所需的基因物質(zhì)。與較早的方法(如通過(guò)多代選擇性繁殖)相比，科學(xué)家們可以更迅速地進(jìn)行這些基因變化。此外，合成生物學(xué)家能夠重新調(diào)整生物體，使其具有它們?cè)谧匀唤缰心壳安痪邆涞挠猛?。例如，科學(xué)家正在工程化蠶蛹，使其產(chǎn)生蜘蛛絲而不是傳統(tǒng)的絲綢。

四、它有多成熟?

根據(jù)市場(chǎng)研究，合成生物學(xué)市場(chǎng)從2021年的約100億美元可能增長(zhǎng)到2030年的370億至1000億美元。2019年，科學(xué)家們首次創(chuàng)建了一個(gè)完全由人造DNA組成的活體生物體，這是一個(gè)重要的里程碑。2021年，科學(xué)家們創(chuàng)建了能夠?qū)崿F(xiàn)“活體治療”的合成生物體，其中工程化的人類或微生物細(xì)胞在患者體內(nèi)直接治療或治愈疾病，然后在預(yù)定時(shí)間內(nèi)降解。

跨多個(gè)行業(yè)的研究人員已經(jīng)利用合成生物學(xué)創(chuàng)造和商業(yè)化產(chǎn)品。例如，該技術(shù)目前用于工程化可用于可持續(xù)面料的蛋白質(zhì)。此外，在一些市場(chǎng)上，通過(guò)使用工程細(xì)胞生產(chǎn)的奶酪、細(xì)胞培養(yǎng)肉和植物基肉類替代品也已經(jīng)上市。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，研究人員已經(jīng)工程化人類免疫細(xì)胞，使其能夠識(shí)別并殺死癌細(xì)胞。合成生物學(xué)還幫助實(shí)現(xiàn)了基于SARS-CoV-2基因組序列的一些COVID-19疫苗的快速設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。

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