目录：
前言
科学定义线绕电阻
学科特征
发展现状
前景展望
结语
前言
当今方兴未艾的合成生物学，是一门建立在生物信息学、DNA化学合成技术、遗传学和系统生物学之上的交叉学科。近十年来，该学科在病毒全基因组合成、标准化遗传回路和最小基
因组研究中取得了巨大的突破，也展现了其在生物科学应用中扮演的重要角。本文将通过介绍与分析合成生物学的相关信息展望合成生物学的发展前景。
科学定义
目前合成生物学研究涵盖范围广泛，对其定义的表述不尽相同：合成生物学领域知名的网站（syntheticbiology. org）这样描述该领域的主要研究内容：“设计和构建新型生物学部件或系统以及对自然界的已有生物系统进行重新设计，并加以应用。”2010年12月，美国13位知名专家共同完成了一份名为《新的方向》的研究报告，专门探讨合成生物学问题，文中将合成生物学的研究目标定位为：“将标准化的工程技术应用于生物学，以此创造出新型或具有特定功能的生命体或生物系统，以满足无尽的需求。”合成生物学组织(Synthetic Biology Community)网站上公布的合成生物学的定义则强调合成生物学的两条技术路线：(1)新的生物零件、组件和系统的设计与建造；(2)对现有的、天然的生物系统的重新设计。
综合起来，合成生物学可被理解为基于系统生物学的遗传工程
从基因片段、人工碱基DNA子、基因调控网络与信号传导
路径到细胞的人工设计与合成，类似于现代集成型建筑工程
， 将工程学原理与方法应用于遗传工程与细胞工程等生物技术领域，合成生物学、510自动发卡计算生物学与化学生物学一同构成制钢系统生物技术的方法基础。
学科特征
1.多学科交叉性：
作为一个以多学科为基础的综合性交叉研究领域，对于生物学家，合成生物学打开了一扇探索生命奥秘的大门；工程学家更关注的是该如何将实验流程和各类生物学元件进行模块化、标准化，以及如何有效地控制多个元件的相互协调；而如何将标准化的生物学模块进行数字化、定量化评价，更好地为人造“软件”进行模拟计算从而指导生物系统的构建，则是计算科学在生命科学中应用的突出体现；化学家和药物学家则更愿意将合成生物学看作多种用途的新型工具，用于高效地生产新型燃料和药物。
2.超越传统技术的革新：
合成生物学改变了过去的单基因转移技术，开创综合集成的基因链乃至整个基因蓝图设计，并实现人工生物系统的设计与制造。从分子结构图式、信号传导网络、细胞形态类型
到器官组织结构的多基因系统调控研究的系统遗传学，以及纳米生物技术、生物计算、DNA计算机技术和多基因转基因研究的合成生物学，则已经发展到一个从分子、细胞到器官的人工生物系统开发的时代。与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造的办法不同的是，合成生物学的研究方向完全是相反的，它是从最基本的要素开始一步步建立零部件。所谓合成，就是建立各个活的部件，是逆自然的一个过程。
3.工程化的特点：
轮椅电机1合成生物学项目的实施过程中需要确立应用目标，明确新型生物系统的预期功能，通过总体规划设计和制定方案。针对生命系统的工程化改造和创造有两种研究模式：一种可以称为从整体到部分，另一种可以称为由细节到全局。
2与制造计算机等工程项目有相似之处，合成生物学研究项目在确立实验方案后，选定所需的标准化生物学元件或模块，设计技术方案，进而通过实验手段获得新的生物学系统，最后实现预期功能。
发展现状
合成生物学已逐步进入飞速发展的时代，这里通过合成生物学在几个不同领域里发展的实例来以点带面，看看合成生物学在各个方面的发展现状。
①病毒的合成生物学： 2002年，cello等用寡核苷酸化学合成脊髓灰质炎病毒，合成的病毒sPVl(M)对HeLa细胞、小鼠都有类似于野生型病毒的感染活性。这项工作开创了以已知的全基因组序列为基础，利用寡核苷酸化学合成具有感染活性病毒的先例。紧接着，2003年，Smith等在两星期之内合成了Φx174噬菌体的基因组。2007，年Rockx等也以化学合成的手段，重建了含有不同突变的SARS病毒。
②细菌胶片：2005年，美国加州大学的沃伊特(C．Voigt)研究组及其合作者设计了一个能感光的细菌基因回路。利用遗传工程方法将其引人大肠杆菌，使改造的大肠杆菌能够感光，并且在感光后分泌化学物质，这样的大肠杆菌菌落暴露在光照下具有胶片的功能，能产生高清晰度的化学图像。经编程的光调控原理将能使单个细胞或体细胞的基因表达可在时间上和空间上进行控制，这在细菌微晶成像、生物复合材料生产及多细胞信号网络的研究中有潜在的应用。
③标准化遗传回路元件：在基因组测序取得进展的情况下，许多代谢途径与信号传导通路
被阐明，为合成生物学打下基础，它将合成某一特定产物所涉及的基因调控、信号转导网络中复杂的通路抽象为各个元件的组合。这些元件包括能以两个诱导物作为开关在两个不同的稳定状态之问切换的套环开关(toggle switch)，能够产生周期性震荡行为的振荡子(oscillator)，以及复杂的细胞通讯(cell—cell—communication)回路。
④合成“最小基因组”研究：最小基因组是指能够维持细胞生命在最适合的环境条件下生存的最少数目的基因。2007年，J Craig Ventor Institute(JCVI)的Lartigue等将Mycoplasma mycoides的基因组DNA整体转移到完全去除DNA的Mycoplasma capricolum 细胞内，实现了基因组移植(genome tmnsplantation)。2008年2月，人工合成的整个生殖道支原体Mycoplasma genitalium 的基因组在《Science》上发表。这是科学界第一次用化学法合成并装配了完整的细菌基因组，也是迄今为止合成装配的最长片段的DNA片段。这项工作具有划时代的意义。
⑤药物合成： USB的Keasling教授，利用合成生物学技术，开始对微生物进行工程化操作。2003年，通过将来自酵母和来自青蒿的基因转入大肠杆菌，绕过大肠杆菌的一般代谢途径并启动酵母甲羟戊酸途径，研究人员可以诱导大肠杆菌合成青蒿素的前体分子amorph
adiene，通过基因重组和其他手段，最终大肠杆菌合成amorphadiene的能力提高了百万倍。2005年Keasling实验室把一种特殊的酶植入酵母而把代谢中产生的中间化合物改造成青蒿酸——青蒿素的一种更加直接的前体。研究小组在酵母中构建与大肠杆菌中同样的代谢通路。随后将大肠杆菌和青蒿的若干基因导入酵母DNA中，导入的基因与酵母自身基因组相互作用产生amorphadiene；最后将从青蒿中克隆的酶P450基因在产amorphadiene的酵母菌株中进行表达，从而将amorphadiene转化为青蒿素。
以上仅列举了合成生物学的几个简单成就，合成生物学在基因控制模块，功能回路的设计，人工合成基因组等许多方面取得突破，合成生物学的发展前景之宽广可见一斑。
前景展望
合成生物学在很多领域将具有极好的应用前景，这些领域包括更有效的疫苗的生产、新药和改进的药物、以生物学为基础的制造、利用可再生能源生产可持续能源、环境污染的生物治理、可以检测有毒害化学物质的生物传感器等。
一、药物开发与生产、疾病的：
合成生物学在生物医药领域的研究开发主要有两个方向：一是次生代谢链(如青篙素)与基因网络的人工设计使药物分子或生物材料可规模化生产；二是诱导细胞分化与遗传程序化重编而人工设计细胞功能。
利用合成生物学构建基因功能模块在肿瘤细胞中将药物前体转变为杀死肿瘤细胞的药物是一种有前途的肿瘤化疗方法。这些合成的生物药可能更容易接近肿瘤组织，有选择性地杀死癌细胞。2007年11月《自然·方法》杂志报道，科学家构建了一种乙酰水杨酸控制胞嘧啶脱氨酶合成的功能模块，植入非致病性的肠道沙门氏菌。乙酰水杨酸是最广泛使用的抗炎药物之一。口服乙酰水杨酸和5-氟胞嘧啶药物后由于人体正常细胞没有胞嘧啶脱氨酶，5-氟胞嘧啶对正常细胞没有毒性作用。但在富集带有功能模块的5-氟胞嘧啶肠道沙门氏菌的肿瘤组织中，乙酰水杨酸诱导肠道沙门氏菌中功能模块的胞嘧啶脱氨酶生成，把5-氟胞嘧啶转化为5-氟尿嘧啶药物，杀灭肿瘤细胞。MIT的计算机工程师维斯(Vis)和加州理工学院化学工程师阿诺尔(Am01)一起，采用“定向进化”的方法，精细调整研制线路，将基因网络插入细胞内，有选择性地促进细胞生长。维斯(Vis)同时在研究为成年干细胞编程，以促进某些干细胞分裂成骨细胞、肌肉细胞或软骨细胞等，让细胞去修补受损的心脏或生产出合成膝关节。尽管该工作尚处初级阶段，但却是生物学调控领域中重要的进展。
合成生物学还将涉入癌症和其他相关疾病的：一些细菌或者病毒具有能够识别和浸染特定的细胞并引发毒害作用的生物学特性，利用合成生物学对这些细菌或者病毒进行改造，使其失去致病性并且具有能够识别机体恶性细胞的新特性，然后用这些改造后的细菌或者病毒来传递药物。四辊冷轧机
随着人们对生命发育、运作程序的逐步探索，生命运作的每个细节都被揭露，整合分子工程学和计算机生物学，运用合成生物学的技术，在药物设计和给药途径的设计上人类将变得越来越有创新性。
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二、有竞争力的清洁能源
随着近年来能源危机的不断升级，将合成生物学应用到能源领域中的想法也顺势而生，运用合成生物学还可以制成各种各样的细菌，用来消除水污染、清除垃圾、处理核废料等。利用合成生物学可以生产替代燃料和可再生能源。
生物燃料：
美国LS9生命科技公司在David Berry博士的带领下，正在设计接近于像来自于石油一样的
燃料。利用来自多种生物(包括细菌、植物、动物等)的基因及用来生产脂肪酸的生化途径，用合成生物学方法创造出一些代谢模块，插入微生物后，通过不同的组合，这些模块可以诱导微生物生产原油、柴油、汽油或基于烃的化学品。通过计算，设计制造出微生物以所希望的方式生产并分泌出长度及分子结构符合公司要求的烃分子。与目前的燃料乙醇生产技术相比，由于不需要能耗非常高的乙醇精馏技术，从而可使能耗降低65％。由于采用了合成生物学与系统生物学创造微生物这种尖端技术，这种石油烃是可再生的、清洁的、成本可竞争的、与现有的汽车发动机及汽油供应系统是可兼容的。
生物制氢：
氢是非常理想的燃料。生物制氢是合成生物学工业化应用的又一重要研究项目。采用改造的细菌和藻类实现生物制氢的方案正在研发中。目前最有前景的研究方案是采用合成的酶解通路，通过降解淀粉和水实现高效制氢。此方案不仅仅可以制备氢燃料，将糖类物质视为氢的载体还缓解了存储困难的问题。
新生物能源的开发有两大关键点：一、其原料是越来越多的导致全球气候变暖的气体二氧化碳，同时还能起到净化空气温室气体的作用；二、其转化器是一种专门的生物体，该生
物体是通过合成基因组学的方法，对自然界中现存的能够将二氧化碳转化为甲烷的细菌进行合成染体替代，使其仅具有代谢二氧化碳的功能，成为一个专门生产甲烷的全新改造生物体。美国、澳洲、欧洲等都在合成生物学领域加大了投资力度，用于加速开展该领域的研究。
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