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合成生物学:全新的制药时代即将到来

发表于:2019-11-22 15:39:31

    在最近一期的《Current Opinion in Biotechnology》,英国科学家Rainer Breitling和 Eriko Takano综述了近期合成生物学领域的最新进展。
 
    在这篇综述中,他们回顾了合成生物学的发展。合成生物学的逐渐成熟,让科学家和工业界能够基于微生物系统合成药物分子和其他高附加值的化合物。从前些年仅仅存留于概念,即如何进行大规模的基因改造和化学分子合成路径设计,到如今进入工业应用级别,合成生物学已经取得了巨大成就。 科学家们还提到了很多全新的计算生物学方法和实验手段,介绍了这些工具对合成生物学的影响。
 
    制药行业的发展注定需要倾注时间、精力和资金。如何发现并合成高效的药物分子,具有很重要的意义,这也是合成生物学关注的问题。然而,为什么是合成生物学扮演这样的角色?主要原因有两个。第一,很多有效的药物分子是纯天然产物,比如早期的抗生素类分子。这些天然的分子的合成本来就是生物体的自然途径,因而通过微生物系统合成这样的产物也相对比较简单。第二,生物体的复杂性决定了分子合成的路径具有复杂的多级调控,而合成生物学的生物工程方法可以很好的研究利用这些调控机制。
 
    对于这样的微生物系统,实际上还有很多未知的等待我们去发现。如今,随着测序技术成本降低,微生物基因组和宏基因组测序变得更加方便。相信在不久的未来,合成生物领域就如同新大陆一样等着我们去探索。
 
    如何更好的应用合成生物学呢?合成生物学是一门工程学,它也有着工程学的基本特点。就像信息革命时代的电路板和标准元器件一样,合成生物学正逐渐发展着自己的标准元器件——“生物砖”(Biobrick)。(例如,iGEM是针对大学生每年一度的合成生物学竞赛,旨在促进“生物砖”的标准化,对于合成生物学的促进起着很大作用。)通过基本元器件的组装,全新的生物合成路径将成为可能。
 
    在发展标准化合成生物元件的过程中,有很多的方法和原则。比如,我们可以在已知生物基因组中发掘生物合成路径并加以利用,又或者,我们可以从头设计从未有过的新的合成途径。开发标准化的表达系统和基因转移系统也很重要,因为这会使表达元件在不同的生物体中转移,能使得合成的分子来源于不同生物,具有不同的生物活性。同时,复杂的生物合成路径需要很多精细的设计和“系统调校”,而借助计算生物学这一良好的工具建立模型能够让我们更加深入地认知和设计化学分子合成的“生物砖”。
 
    最后,作者们写道,“合成生物学已经进入了全新的时代”。基于微生物的生物合成系统日渐成熟,“生物砖”日渐标准化,大量生物合成元件标准库即将建立。未来的生物制药行业,在合成生物学的促进下,已经看到了新的曙光。