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合成生物学:探索生命形态的革新

时间:2023-07-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:所以合成生物学合成的诸多物质当中,蛋白质是非常重要的一环,而且不但要合成蛋白质,还得是有活性的蛋白质,这样才真正算得上是生物。研究的主要负责人覃重军认为“思想上大胆创新,加上工程上精细实施”,是未来中国合成生物学取得重大突破不可缺少的两大因素。很多新材料也是靠合成生物学制造出来的。也就是说,合成生物学是能够给人类的未来发展带来无限可能的学科!

合成生物学:探索生命形态的革新

并非科幻的合成生物

看过《侏罗纪公园》和《侏罗纪世界》系列电影的人都记得里面科学家通过基因技术重现了6000多万年前就已经灭绝的各种恐龙创造了一个宛如梦幻的世界。不过电影里有一段细节不知道大家有没有注意到,负责恐龙基因培养的吴博士提到过,如果完全按照6000多万年前白垩纪时代的恐龙基因原样复制,那么恐龙根本就无法适应现在的地球环境,所以要在恐龙的基因里加入其他动物的基因,这样它们才能够在这个时代生龙活虎。其实这就是依靠合成生物学做到的。

虽然修改恐龙基因只是科学幻想故事,但合成生物学的确神通广大,就拿我们耳熟能详的科学家屠呦呦因发现青蒿素从而获得诺贝尔奖的这件事来说吧,发现青蒿素当然非常了不起,但如果没有合成生物学的帮助,青蒿素的产量是上不来的,没有高产量也就难以推广,那它给世界带来的益处就会大为减少,因此合成生物学是青蒿素得以推广的幕后功臣。有人把合成生物学比作是生物“梦工厂”,让人类能够像组装机械那样组配生物,通过不断的调配和组装,实现“以人类的意志创造出有益的物质或具有特殊功能的生命体”。

那么既然合成生物学如此重要,我们国家在这一领域又有哪些突出的贡献呢?

真正创造生命

中学的生物课上,我们就学习过生命功能的执行者是蛋白质。所以合成生物学合成的诸多物质当中,蛋白质是非常重要的一环,而且不但要合成蛋白质,还得是有活性的蛋白质,这样才真正算得上是生物。

我国科学家在中华人民共和国成立后不久的1965年9月17日,在极度困难的情况下成功合成出有活性的结晶牛胰岛素,这是全世界第一次成功人工合成有活性的蛋白质。那么为什么要合成牛胰岛素呢?牛胰岛素与人胰岛素的结构和化学性质都非常接近,可以作为人胰岛素的替代品,用于糖尿病等疾病的治疗,所以有着非常重要的医学意义。

随着科技的发展,我们国家的合成生物学水平也越来越高,2017年,我国科学家在世界知名杂志《自然》上发表论文,宣布首次人工创造出有生命活性的单染色体真核细胞,这标志着世界合成生物学研究进入了新时代。(www.xing528.com)

中科院分子合成生物学重点实验室覃重军团队将酿酒酵母作为实验对象,采用工程化精准设计方法,对酿酒酵母所拥有的全部16条染色体的全基因组进行大规模裁剪,并重新排列,最终将16条染色体里的几乎所有遗传信息,都融合进1条超长的线型染色体当中,创造出一种全新的酿酒酵母。尽管新的酵母是脱胎换骨的新生物,但它的生长规律、功能和基因表达都和天然酵母非常类似。

有些人可能觉得这只是出现了一种新的酵母,有多大的意义和作用吗?其实不但有意义和作用,而且是非常巨大的。第一,它证明了人类是可以依靠人工修改的方式,重新编辑生物的DNA,这对将来人们探究如何治疗因DNA有缺陷而导致的疾病,有很大的帮助。第二,虽然试验对象酿酒酵母看起来和人类有着巨大的差异,其实二者的基因有相当多的部分是很近似的,研究酵母的基因对研究人类的基因也有很大的帮助。

那么,为什么是起步较晚的中国人,引领合成生物学迈入新时代呢?研究的主要负责人覃重军认为“思想上大胆创新,加上工程上精细实施”,是未来中国合成生物学取得重大突破不可缺少的两大因素。“西方合成生物学的研究模式强调精细化工程实施,但只有工程实施远远不够,敢于跳出权威束缚、有原创思想引领,才是保持领先优势的关键。”

合成生物学开创无限可能

那合成生物学具体都能做些什么呢?首先是生物医药开发,可以创造出疗效更好的药物,提升原有药物的药效,增加药物的产量等。还可以促进生物新能源的开发,开发人工合成细菌,可将糖类直接转化成与常规燃油兼容的生物燃油。国外甚至合成了专门用来生产甲烷的全新细菌。还能合成微生物机器人,可以用来消除水污染、清除垃圾、处理核废料等。

很多新材料也是靠合成生物学制造出来的。还能增加一些稀有物质的生产速度,如青蒿素。更神奇的是在未来也许可以生产出生物量子计算机,生物量子计算机是运用合成生物学对人造生物体设计、构建的生物计算机,和基于生物合成材料的新型量子计算机,其运算速度和存储能力有望比现有计算机高出数亿倍。

也就是说,合成生物学是能够给人类的未来发展带来无限可能的学科!

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