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【bio】代谢工程、基因工程、合成生物学  

2011-08-28 03:41:42|  分类: Bio |  标签: |举报 |字号 订阅

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【bio】代谢工程、基因工程、合成生物学 - 飘零迷丁儿 - 吾本罪人
 

本文[1]帮助我们看清楚合成生物学的定位,看清合成生物学在整个生命科学里的定位。如此,第一自己在做合成生物学时不至于迷失,不至于和真·合成生物学国际学术主流进行交流时出笑话;第二可以看清其他科研机构真正在做什么工作,之后在展开寻找合作方时,能够更加清晰明确、有的放矢。毕竟国内很多科研机构做的科研,打着合成生物学的幌子,实际上做的还是传统的转基因或者代谢工程。 
 
附图很好地说明了代谢工程和合成生物学之间既有交集又有区别的部分。二者总的终极目标,都是最大化获得期望中的产物。实现的手段都是对基因通路进行改造。但二者的最大区别就在于二者各自获得“最大化”,谁能更大?二者各自的“人工”,谁更“人工”。 
 
具体来说,传统的代谢工程只是对已有的代谢通路进行改造,如图中A所示。需要高产量的目标产物在生物体內已经是正常表达的,传统代谢工程所做的,就是改善生存条件等(比如发酵工程)使得目的产物高表达、副产物尽量低表达。比如青霉素来自于青霉菌。 
 
其次,如图中B部分所示,随着基因工程的兴起,代谢工程能够更加高程度高规模地实现主观能动性,优化生物。让生物获得新的能力,来表达它自己本不能表达的产物。于是各类工程菌诞生了。合成生物学以其工程学的思想将biobricks(生物砖)带入生物领域,极大地推进了代谢工程(基因工程)的进度。 
 
最后,如附图C部分所示,合成生物学融合分子生物学、数学、工程学,将代谢工程带入到一个崭新的高度。不再是优化生物,而是改造生物既然并且改造生物通路,实现某一种生物特定表达期望代谢产物。比如青蒿素的合成。 
 
简单来说,合成生物学有三个主要研究方向。 
1. 寡核苷酸的合成与组装技术。合成生物学顾名思义,就是合成出期望DNA甚至生命。 
2. 合成功能元件,比如感受器(sensor)、调控器(regulator)等。具体而言就是生物砖(biobrick)。 
3. 合成出行使预测功能的装置或者系统,比如控制细胞死亡的装置。 
 
所以由上可见,合成生物学不仅仅对细节(每一个基因)有很高控制,对整个拼装在一起的系统也有强控制。需要达到这高程度控制,就需要有对生命系统 的充分了解以及预测模拟生命系统的足够能力。而这些就来自于系统生物学。 [2] 
【bio】代谢工程、基因工程、合成生物学 - 飘零迷丁儿 - 吾本罪人
 分子与分子之间的关系,以及各类分子组合的系统所表现的动态波动情况,这些都是需要系统生物学来提供支持。已知基础分子的各种物理性质、化学性质,也已知基础基因的调控关系,基于此前提,系统生物学能够找到适当的数学模型预测系统的静态表现以及动态变化。所以在构建一个基因系统构成中,合成生物学提供生物素材、描绘系统骨架蓝图,而系统生物学就是构建数学模型并利用计算机编程进行高效快速分析。 
 
综上所述,因为传统代谢工程涉及的期望产物都是自然条件下的,所以传统的代谢工程几乎涉及不到广泛的自主设计,最高级的代谢工程恐怕只能是优化了。 相比而言,合成生物学不仅仅是跨物种,更是跨界地赋予生命新的表型,赋予生命新的功能。不过因为代谢工程的常年经验,在底盘细胞方面,合成生物学需要更多地学习和借鉴代谢工程。另一方面赋予新功能也需要实际能力付赋予,所以需要和系统生物学合作。 
 
??参考 
[1] Nielsen, J., & Keasling, J. D. (2011). Synergies between synthetic biology and metabolic engineering. Nature Biotechnology, 29(8), 693-695. doi:10.1038/nbt.1937 
[2] Smolke, C. D., & Silver, P. a. (2011). Informing biological design by integration of systems and synthetic biology. Cell, 144(6), 855-9. Elsevier Inc. doi:10.1016/j.cell.2011.02.020 


p.s. 这样的review写的着实没有营养。。。sigh。。。
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