什麼是合成生物學？
一、合成生物學的誕生
1953年，克里克和沃森發現了DNA雙螺旋結構，開始瞭解讀生物遺傳密碼的第一步；2003年，人類基因組計劃順利完成，加快了生物遺傳密碼的解讀……隨着生物學與計算機科學的發展與普及，加上工程科學、數學、化學、物理學的一系列成果，生物學也開始走上了工程化與標準化的道路。順着利用人工合成的生物系統進行工程性探索、建設、產出與落地的思路，誕生了一門新的學科——合成生物學。這個學科將使我們全面走向理解並改造遺傳物質的新生物學時代，同時其強工程性、強學科交叉性的特點也將吸引更多領域的人才，誕生更多意想不到同時充滿現實意義的成果。
二、合成生物學的定義
由於是一門新興學科，現階段合成生物學的定義仍然處於一個多元化階段，但我們可以通過下面這種定義做一個簡單的瞭解：
合成生物學是指按照一定的規律和已有的知識：（1）.設計和建造新的生物部件、裝置和系統；（2）.重新設計已有的天然生物系統 爲人類的特殊目的服務。
簡單來說，合成生物學是一門通過設計生物學系統來解決現實問題的學科（而不是使用以物理或化學知識爲主的傳統方法），同時，工程性、標準化思維和通過數學模型方法指導設計與實驗也是合成生物學的關鍵特點與方法。
三、合成生物學研究內容簡介
作爲一門重視工程性與標準性的學科，合成生物學研究內容可以被大致分爲
1、研究或設 計工程化、標準化 的功能 模塊。
2、設計良好的接口使模塊具有可拆裝性。
3、設計或優化開發平臺，實現模塊在不同環境下的高穩定性與兼容性。
4、爲生物模塊設計調試系統與通信系統。
5、研究功能模塊的仿真、預測軟件。
這些內容可能使從事計算機科學相關工作的人（或者簡單的說：寫過程序的人）產生共鳴——其實合成生物學就是想用生物學方法寫一些對內高耦合、對外低耦合、有良好API的函數以供解決實際問題，當我們產生需求時可以像使用Python解決問題時使用龐大的資源庫一樣，高效的用經過整合與標準化的模塊進行工作，這樣的過程也使我們在面臨問題時的思路更加清晰、解決問題更加高效。
從生物學的內容來看，合成生物學主要的工作可以包括
1、生物基因組的人工合成、簡化與重構；
2、蛋白質的工程化改造以及模塊化；
3、遺傳路線的設計與構建（使建造的遺傳裝置在給定條件下人爲可控的表達基因產物）；
4、多細胞羣體系統行爲的平衡與調控；
5、對生物系統的數學模擬與功能檢測；
這樣的研究體系對一個最終的生物系統有自底向上的貫穿，涉及到系統原型設計、運行原理、工作方法、調控方法以及系統內交流機制等等的全方面覆蓋。
四、合成生物學的意義
不同於傳統生物，合成生物學結合了數學、計算機科學、工程設計等等其他學科，通過設計生物系統解決實際問題，用拓展性的方法加速人類對生物學以及生命的理解。
具體來說，包括加速合成生物系統的工程化、標準化進程，用標準化思想及其產生的結果推動生物學整體的發展。
通過“合成”這一過程驗證與加深對生物現象的理解，利用對生物系統的“合成”補充或加速生物現象的“分析”。
五、合成生物學的工程本質
標準化：不但現有的生物模塊需要標準化（如實現基本功能的模塊類的標準化以及所有模塊組成的模塊庫的標準化），還包括不同生物模塊之間的接口、模塊的測量檢驗、提供的平臺等等都需要標準化。這樣的標準化將有力的支持一個活躍、高效、負責的生物學界。
解耦：類似於利用計算機程序解決某個問題時我們需要自頂向下將問題的解決過程分解爲一個個解決某個基礎問題的函數，並通過接口將這些函數組織起來解決複雜問題一樣，在面對實際問題並希望使用生物學方法解決時，這個分解過程如何正確進行也是我們必須思考的。
抽提：由於生物系統具有天然的高度整合，其內部交流與行爲方式錯綜複雜，而且一個系統往往會自我複製和通過突變等手段自我進化，所以生物系統的高度複雜性導致我們在對系統進行抽象以建立模型時需要將系統抽提、簡化甚至重新設計，以獲得清晰可靠的模型。理想的生物系統模型的各個抽象層次一定要有良好、清晰的定義，各層之間的低耦合是我們需要保證的。
六、合成生物學與相關生物學科
與遺傳工程：合成生物學是直接建立在遺傳工程之上的，但由於合成生物學的方法包括從頭設計和建造生物體系，而遺傳工程主要是聚焦於自然生物體系的改造，所以合成生物學可以看作遺傳工程的進一步發展。相對於基因工程來說，合成生物學具有方法更加靈活、規模更加龐大的典型特點。
與功能基因組學、分子生物學、細胞生物學、系統生物學以及生物信息學：這些學科從不同的層次爲合成生物學的發展提供理論依據，利用這些生物學科提供的基礎，合成生物學可以完成自底向上、不同抽象層面的系統搭建，提供工程問題的生物學解決方法。
七、相關國際學術活動簡介
合成生物學國際會議（Synthetic Biology x.0）：2004年美國麻省理工學院舉行了第一屆合成生物學國際會議，討論如何推進合成生物學的發展。2006年起，合成生物學國際會議考試擴大規模、討論合成生物學可能引起的社會問題等其方向，並在此後進一步走出美國，在世界各地召開。
2008年10月，第四屆合成生物學國際會議在中國香港成功舉辦。
國際遺傳機器大賽（international Genetically Engineered Machine Competition，iGEM）：有麻省理工學院自2003年發起的一項以本科生爲主要參賽對象的競賽，鼓勵參賽者進行創新、以創造新的生物系統爲目的，將簡單的基因模塊植入細胞以構造複雜生物組件、裝置和系統。自2005年起，比賽開始走出MIT，走向全世界優秀大學生中。
2006年，合成生物學登陸中國，2007年多所優秀大學組成的內地代表隊赴美參賽。
八、合成生物學的道德規範：人類 = 造物主 ？
1、成生物學可能引發的社會問題：
人類是否應該創造生命？
合成生物學的研究目標之一就是創造（對人類有益的）人工生命。合成生物學家可能將扮演“造物主”，創造出自然進化法則下從未誕生甚至不敢誕生的生命形式。這一創造過程的爭論在於科學家能否扮演上帝等等一系列深層次的哲學與宗教思考。
合成生物學的發展會不會導致生物武器的濫用？
合成生物學可以利用微生物作爲工廠生產對人有益的蛋白質，同樣也可以生產動植物毒素甚至細菌毒素，或者人工合成病原體（這方面技術障礙極大，現階段難以實現）。而美國中央情報局曾就這種想法（及生物武器的未來發展）做出過評估：工程化的生物製品可能比任何人類已知的疾病都可怕。事實上，合成生物學的確有可能影響未來的軍事能力。
合成生物體排放到自然環境會帶來什麼後果？
人工合成的新物種存在非自然的功能優勢，同時作爲生物體也可能會因爲與自然生物或環境發生作用而產生意想不到的突變或其它有害性產物。這一切都將造成極大的不確定性：人工生物體會不會發展出完全戰勝自然生物體的能力？在自然選擇中的絕對優勢可能意味着無限增殖、徹底改變或摧毀生態系統。面對這類問題，現有的評估方法已經力不從心，評估體系急需變革。
生物專利的壟斷權有多大？
1980年，美國最高法院曾經規定“只要一個人設計的並非時自然界已有的生物就可以申請專利”。這樣的專利將帶來極大的權力，在某個現實領域做出的突破（比如燃料的生物工程化生產） 背後具有壟斷性的鉅額財富，而這樣的權力也將影響生物學界的學術健康與發展。事實上，塞萊拉公司就曾企圖搶在“國際人類基因組計劃”之前完成人類基因組圖譜以申請專利、獲取壟斷地位。
2、如何面對未知？
合成生物學是一門新興學科，其技術上依舊存在許多障礙，需要獲得突破性進展。同時，合成生物學的前景也是未知的，其的確可能對人類造成威脅。對待這種威脅，合成生物學界已經形成合成生物學發展需要合理的道德規範、國際調控與實際行動的共識。現階段，已有一些政府與非政府組織開始了對合成生物學的社會、安全、道德監督。應對這些問題時，我們需要有力的監督組織以及國家與世界範圍內的共享平臺，在合成生物學界內部也應該採取技術措施，降低合成生物在自然界可能具有的競爭力。同時，我們需要結合現實作出理性判斷與調和，不應過於武斷、草率的做出論斷。
與此同時，在這些爭論中，生物學界必須做好帶頭作用，避免非理性的公衆爭論導致的不信任阻礙合成生物學的正常發展。
來源：CSDN— 天津大學宋凱教授的《合成生物學導論》的學習筆記
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