潘锋
组成生物学作为一门新式的交叉学科，其颠覆性的技能立异，让人类“可以像拼装机器相同组配生物”的想象成为实际，这一学科也被誉为生命科学的第三次革新。科技部“973”组成生物学项目首席科学家、清华大学生命科学学院陈国强教授在承受记者采访时说，以组成生物学为根底的下一代工业生物制作具有节能、节水、连续发酵制作、产品终究浓度大幅度提高级优势。组成生物学在医学、制药、化工、动力、农业等范畴有着宽广的使用远景。
组成生物学历经百年开展
陈国强教授介绍，组成生物学最早源于组成科学。1828年，科学家使用氰氨酸与硫酸铵人工组成了尿素，初次完结了从无机物到有机物的一大腾跃。1910年法国科学家Metaphor提出了组成生物学这一概念，并非常有远见地提出了生命科学要从描绘走向剖析，从剖析走向组成这一全新的思路。1958年至1970年，组成科学范畴诞生了两件具有里程碑含义的事情，一是我国科学家在世界上初次人工组成牛胰岛素，这也是世界上第一次组成具有生理活性的蛋白质；二是人类成功组成DNA、RNA，破译了遗传暗码，建立了中心法则。
1953年至1955年间，系统科学和分子生物学快速开展，其间DNA双螺旋结构的发现和胰岛素一级结构的断定成为最具突破性的生命科学事情。DNA双螺旋结构断定了生命的分子结构，胰岛素一级结构的断定则为日后人工组成牛胰岛素起到了巨大的推进效果。1961年乳糖操纵子研讨完结，提示生物体细胞的反响和代谢都存在杂乱的调控系统，尔后更多的研讨也都证明了调控在细胞调理通路和呼应杂乱环境等方面具有非常重要的效果。20世纪70年代，DNA重组技能面世并快速开展；2002年，人类历史上第一个人工组成病毒脊髓灰质炎病毒在纽约州立大学诞生；2006年，诱导性多功用干细胞技能（iPS）面世；2010年，首个人工组成基因组的原核生物诞生；2014年，首个人工组成酵母基因组染色体在酵母细胞内正常发挥功用；同年，CRISPR/Cas9基因编排技能获得美国专利授权；2016年，世界上首个人工组成基因组细胞生物诞生。
从20世纪末到21世纪初，分子生物学、细胞生物学、系统生物学、DNA测序与组成技能、基因修改技能、理论生物学、核算生物学等一系列生物技能、生物工程、代谢工程等的飞速开展，极大地促进了基因组学和系统生物学的开展。科学家们关于生命制作的技能才能已不再局限于细胞核移植或基因修饰，而是期望将工程学的理念和思维引进生命科学研讨中来。从本世纪初开端，人类规划并发明出新的生物分子、调控网络和代谢通路，从知道生命走向规划生命和改造生命。
陈国强教授说，组成生物学是综合使用化学、物理、分子生物学和信息学的常识和技能，规划、改造、重建或制作生物分子、生物体部件、生物反响系统、代谢途径和进程乃至细胞和生物个别。组成生物学是生命科学的颠覆性技能立异，是把生命做成工程化、模块化、底盘化的系统并去构建工程化的生命，自主规划的原型生物细胞，基因组组成才能和非天然生物分子组成了“工具包”，在其支持下，人们可以完结生命的工程化和工程化的生命，完结从规划、组成、检测的不断循环。组成生物学让生物技能不再只停留在本来的单纯简略模仿，而是进入了杂乱可重复、定量可控和人工规划的全新阶段，有助处理人类所面对的医药、资源、环境、生态等一系列难题。
在生物医药开发方面，使用组成生物学可规划新的生物组成途径，发生更多天然药物及类似物，有利于发现、别离、获得新的天然药物；将组成生物学原理广泛使用于肿瘤医治的免疫细胞规划，可以拟定多样化的医治战略，最大可能地到达高效、低毒、可控的方针；组成生物学还能满意研制快速、活络确诊试剂和体外确诊系统，前期筛查、临床确诊、效果点评等的需求，推进新式疫苗的研制和产业化。在中药等珍稀资源量产化方面，使用组成生物学可获取很多的天然活性物质，在保证其成效的一起满意使用需求。
國际生物医药研制热门
陈国强教授介绍说，组成生物学已成为全球生物医药科技研制和商业开发的热门范畴。据来自我国科协立异智库产品发布的陈述显现，近年来世界组成生物学研讨在医药范畴获得了多项重要发展——
一是工程化真菌用于青蒿素前体人工组成。美国Amyris公司在2013年4月成功开宣告能生成青蒿素化学前体的人工酵母，该药是新式的组成生物学范畴获得的第一项效果，青蒿素可以成为开展我国家每年数亿疟疾感染者的救命药物。法国制药业巨子Sanofi宣告开端使用Amyris生物技能公司开发的青蒿素出产工艺工业化出产青蒿素，2014年产出35吨青蒿素原料药，可供7000万医治人份用药，猜测未来出产出的青蒿素原料药，可以提供给1到1.5亿医治人份用药。
二是工程化细菌用于确诊前期癌症与糖尿病。美国MIT的生物医学工程师Sangeeta Bhatia与来自UCSD的Jeff Hasty团队经过遗传改造向大肠杆菌植入LacZ陈述基因，这一基因可以在细菌接触到肿瘤细胞时开端表达，然后表达很多的LacZ酶。随后研讨人员向小鼠打针交联的化学发光底物，这一底物在LacZ存在的情况下会被切开然后开释化学发光，聚集到小鼠尿液中。具有这一信号的尿液样品将会由本来的黄色变为赤色；别的，Bhatia等人还发现这一手法比惯例显微镜愈加活络，关于直径小于一厘米的肿瘤也可以显着检测到。在别的一项独立的研讨中，来自法国Montpellier大学的结构生物学家Jerome Bonnet等人使用类似的技能成功检测到了糖尿病的症状，首要标志为尿液中的糖类成分。
三是人工组成细胞感应分子Notch用于杀死肿瘤细胞。美国加利福尼亚大学的Wendell Lim团队在老鼠的细胞中发明了新的人工Notch分子，这种分子可能改造、变换一个细胞，让其在体内可以辨认任何分子和翻开任何基因的呼应。例如细胞会感应分子的损害和翻开影响修正的基因，或许它们可能会感应到“癌症”的相关分子并激活基因，让免疫系统杀死肿瘤细胞。它们乃至可能感应细小的人工支架的蛋白质，填充膀胱、肝脏或其他专门的细胞生成代替器官。
