21世紀的新興科學合成生物學，正在醫療領域發揮作用

2020-11-09 玩美數據


圖片來源：pixabay

內容來源｜玩數醫藥圈

從發現DNA結構起，生命的本質開始解構。21世紀初，一種新的探索DNA並且對DNA進行標準化操作的生物技術產生，並發展成一門新的工程科學——合成生物學（Synthetic biology），為理解、診斷、預防和治療疾病提供了新的途徑。

目前，每年有幾十篇合成生物學相關SCI論文發布。這一新興的技術，以計算機、分子生物學、系統生物學、生物工程學等多學科為基礎，對合成基因電路和生物分子成分進行建模、設計和構建，並使它們為各種目的重新布線和重新編程。

合成生物學將推動臨床應用的擴大，從設計新的診斷和構建分子工程組織到開發新藥和疫苗，合成生物學已經在臨床應用中發揮著作用，並將拓展到新的治療領域。


病原體機制方面

合成生物學可對病原體遺傳成分的合成、突變、功能進行設計與分析。例如，對2003年大流行SARS病毒進行重新設計。冠狀病毒通過一種「尖峰」蛋白與人體結合。

將一種SARS類蝙蝠冠狀病毒設計成含有人類同源受體結合尖峰蛋白，從而合成嵌合病毒，進行試驗，揭示尖峰蛋白的感染突變。


免疫系統方面

目前，免疫系統疾病都需要用免疫抑制劑來抑制針對自身機體的免疫反應，這會不同程度地影響機體的抗感染、抗腫瘤免疫功能。這一疾病的病因病理診療仍處於大量研究中。

合成生物學為免疫系統缺陷相關疾病提供了新的見解，了解自身免疫過程對了解疾病病因、開發診斷和設計中和自身免疫系統的藥。


疾病預防方面

在衰減病原體為代表的減毒疫苗研發中，合成生物學可通過對全基因進行高通量和高精度的工程設計，在安全活疫苗研發當面發揮重要作用。


藥物開發方面

隨著抗生素耐藥性問題日益嚴重，合成生物學將彌補傳染病治療。比如，通過基因工程將微生物設計成能檢測特定的病原體並殺死它；同樣也可以將噬菌體設計成治療細菌感染。


癌症療法方面

癌症的治療在近幾十年中取得了巨大的進展，同樣仍舊面臨著諸多未知的領域和巨大的挑戰——如何專門瞄準和選擇性殺死在生物體內原發或已轉移的腫瘤系統一直是癌症治療研發的重點，這種治癌方式要求極其精確。

合成生物學家最近設計了一些抗癌裝置，從外部操縱藥物進入體內的時間、位置、劑量，發揮最大的藥理雄安英，同時最大限度地減少全身毒性。


作為一門新興的技術，合成生物學的臨床用途尚處於起步階段，亦有大幅提升，在疾病的分析診斷篩查、藥品生產、疫苗接種等諸多的領域都有興起。

在未來醫學中，診斷與治療匹配，提供一對一的診斷預防治療，這種個性化的醫療方式會成為未來醫學的重要內容，合成生物學技術在醫療領域的研發應用無疑能提供技術支持。雖然，在這條道路上，仍舊有很長的路要走。

相關焦點

  • 合成生物學：生命科學的「利器」
    人民網－人民日報人類進入21世紀以來，一門新興的交叉學科「合成生物學」成為國際科學前沿一大熱門也就是從19世紀後期到20世紀前半葉，基於數理化技術與方法的實驗科學催生了認識生命共同本質的細胞生物學、生物化學、遺傳學和發育生物學，而進化論的誕生，則最先將人類對生命的認識，提升到了理論的高度。
  • 合成生物學(一):「上帝視角」下21世紀最重要的生物技術平臺
    另一方面，合成生物學又具有生物製造的屬性。生物製造經歷了兩次革命。第一次發生在20世紀50−60年代，通過大規模發酵，使抗生素、胺基酸、維生素等藥品、食品和營養品實現工業化生產，我們今天稱之為傳統生物技術。
  • 合成生物學：生命科學的「利器」（開卷知新）
    人類進入21世紀以來，一門新興的交叉學科「合成生物學」成為國際科學前沿一大熱門。也就是從19世紀後期到20世紀前半葉，基於數理化技術與方法的實驗科學催生了認識生命共同本質的細胞生物學、生物化學、遺傳學和發育生物學，而進化論的誕生，則最先將人類對生命的認識，提升到了理論的高度。
  • 把微生物變成「超級工廠」,合成生物學在深圳將如何發展?
    合成生物學是一門新興的交叉學科，通過改變微生物內部的代謝途徑使它們合成需要的產品，在產業上具有較好的應用前景。科研圈記者 戚譯引有一個笑話說：「21 世紀是生命科學的世紀，因為學生物的轉行到各行各業。」但是在生物學領域裡，有一個分支正在不斷吸納著來自其他領域的人才，那就是合成生物學。
  • 倪俊:合成生物學已被認為是21世紀最重要的生物技術平臺
    之後合成生物學快速發展，出現了非天然核酸、蛋白質從頭設計、單條染色體酵母和大腸桿菌基因組全合成等一系列裡程碑式的工作。「雖然合成生物學是生命科學新的分支，但它已經被認為是 21 世紀最重要的生物技術平臺。」 倪俊副教授強調了這種技術的重要性。早在 2004 年，《麻省理工科技評論》將合成生物學評為改變世界的十大新技術之一。
  • 來自麻省理工學院的「黃金組合」:合成生物學將成為21世紀最重要的平臺性技術丨獨家專訪James Collins &盧冠達
    所以，1.0 技術除了有可能誤殺正常細胞，引發副作用之外，還一定要精準的找到相應蛋白，1.0 技術才能發揮作用。 不過，2.0 版本的技術會更精準執行確認工作。舉例來說，當人體一定要出現 A 指標＋B 指標時，才會認定為癌症，藥物才會起作用；如果只有單一項 A 或 B 出現，藥物就不會將其視為癌症，就不會發生作用。
  • 第三次生物技術革命,合成生物學將開啟基因新時代
    作為21世紀生物學領域新興的一門學科，合成生物學是分子和細胞生物學、進化系統學、生物化學、信息學、數學、計算機和工程學等多學科交叉的產物。發展迄今，合成生物學已在生物能源、生物材料、醫療技術以及探索生命規律等諸多領域取得了令人矚目的成就。
  • 合成生物學:人造生命的起點?(圖)
    5月20日美國科學家克雷格·文特爾在《科學》上公布了創造出歷史上首個「人造單細胞生物」的消息。之後一個多月的時間，國內外掀起一片討論的熱潮，以這項成果為代表的合成生物學也受到了前所未有的關注。　　近日，中國科協第40期新觀點新學說學術沙龍，以「合成生物學的倫理問題與生物安全」為題，探討了這一新興學科的進展及其在我國的發展前景。
  • 合成生物學的發展與面臨的挑戰
    與很多新興技術一樣，合成生物學也具有商用和軍用兩種用途。 在產品方面，市場被分割成酶、寡核苷酸、底盤生物和異種核酸等領域。由於酶在醫療保健領域的廣泛應用，酶產品佔據了最大的市場份額。在技術基礎上，市場被分割為基因合成、基因組工程、測量和建模、克隆和測序、納米技術等。基因合成在這些技術中佔有最大的市場份額，遺傳學領域的研究和開發活動日益增多，並且越來越多的市場參與者提供基因合成產品和解決方案。
  • 探索:掀起「第三次生物科學革命」的合成生物學究竟潛藏著怎樣的...
    從「造物致知」到「造物致用」，合成生物將如何顛覆人類認知和現有技術「產學研」如何緊密結合以推動合成生物學「沿途下蛋」在全球競爭中領佔先機？科學的奧秘如何讓產業煥發新的生機，而資本和產業又會如何反哺科學？中國將在未來合成生物學的世界舞臺中扮演怎樣的角色、引領怎樣的變革？這一切都需要等待時間的檢驗。
  • 21世紀是生物(與其他學科交叉)的世紀
    其實自古以來的每個世紀一直都是生物的世紀－古代帝王擁有最高的財富和權力，他們的終極追求是什麼？是永生。永生即是打亂並延長既有的生物規律。在古代正是圍繞這一目標催生了我們在化學，物理，數學領域的發現和進步；在現代我們了解這是細胞生物學，分子生物學以及其他所有學科交叉的共同作用－但這也不過是近50多年取得的成果而已。
  • 探索:掀起「第三次生物科學革命」的合成生物學究竟潛藏著怎樣的價值導向?
    從「造物致知」到「造物致用」，合成生物將如何顛覆人類認知和現有技術「產學研」如何緊密結合以推動合成生物學「沿途下蛋」在全球競爭中領佔先機？科學的奧秘如何讓產業煥發新的生機，而資本和產業又會如何反哺科學？中國將在未來合成生物學的世界舞臺中扮演怎樣的角色、引領怎樣的變革？這一切都需要等待時間的檢驗。
  • 合成生物學究竟潛藏著怎樣的價值導向?
    從「造物致知」到「造物致用」，合成生物將如何顛覆人類認知和現有技術？「產學研」如何緊密結合以推動合成生物學「沿途下蛋」在全球競爭中領佔先機？科學的奧秘如何讓產業煥發新的生機，而資本和產業又會如何反哺科學？中國將在未來合成生物學的世界舞臺中扮演怎樣的角色、引領怎樣的變革？這一切都需要等待時間的檢驗。
  • 合成生物學在美國引爭議
    自本世紀初誕生以來，合成生物學就因其利弊相兼而引起廣泛爭議。據美國9日公布的一項最新民意調查，雖然美國多數民眾支持合成生物學，但也有不少人要求禁止這一學科。　　合成生物學是近年來新興的一門學科，與傳統生物學通過解剖生命體以研究其內在構造不同，合成生物學從最基本的生命要素開始研究，目的是建立人工生物體系。換句話說，這門學科是設計自然界中原本不存在的生物或對現有生物進行改造。
  • 合成生物學:一種兩用技術的機遇和挑戰
    合成生物學作為一種具有顛覆性意義的新興技術，其未來應用前景正越來越多地在工業界和學術界討論。與很多新興技術一樣，合成生物學也具有商用和軍用兩種用途。在商業應用領域，合成生物學市場預計在2018年至2025年期間將以28.2％的複合年增長率增長，並在2025年達到560.449億美元的市場規模。
  • 合成生物學:顛覆性生物科技?—新聞—科學網
    為了集中報導本領域的最新研究進展，特組織出版了此合成生物學專刊。本專刊分3個欄目：科學意義、新技術新方法和應用領域，重點介紹了合成生物學的科學內涵、技術方法進步及合成生物學在醫學、藥物、農業、材料、環境和能源等領域的應用前景。 關鍵詞: 合成生物學，基因組合成，生物製造，基因編輯 合成生物學是一個新興的科學技術領域。她的形成有一系列標誌性事件。
  • VR/AR在醫療領域發揮了什麼作用
    打開APP VR/AR在醫療領域發揮了什麼作用 工程師3 發表於 2018-05-03 10:35:00 虛擬實境（VR）逐漸在各個領域大放異彩，例如產品設計、教育和軍事，在醫療產業更是大有可為。
  • 長篇綜述:合成生物學的研究進展
    摘要：合成生物學是一門以工程學思想為指導，對天然生物系統進行重新設計與改造，並設計與構建新的標準化的生物元件、組件與系統的新興學科。它是生物化學、分子與細胞生物學、系統生物學等與工程學、數學、計算機科學等相融合的交叉學科，並在醫藥、能源、環境等領域取得了令人矚目的成果。
  • 劉衝，鄧門佳：新興生物技術發展對大國競爭與全球治理的影響
    21世紀初期，科學家嘗試在現代生物學與系統生物學的基礎上引入工程學思路和策略，誕生了學科高度交叉的合成生物學，喚醒了生物學及相關傳統學科從「發現」走向「創造」的強大生命力，利用非天然的分子合成生命，正在帶來生物學向工程技術科學轉化的重大變革。近年來，合成生物學發展進入了新的快速發展階段，研究主流從單一生物部件的設計，迅速拓展到對多種基本部件和模塊進行整合。
  • 半年瘋狂吸金16億美金,合成生物學為什麼這麼火?
    但大家對醫療領域的投資熱情不減反增，這些資金更多的流向了技術創新領域，合成生物學領域便是主要方向之一。　　其中，Ginkgo Bioworks更是以2.9億美元創下了目前生物技術領域的融資紀錄。通過對業內人士的訪談和資料挖掘，我們分析合成生物學投資走熱主要原因包括以下幾點。