英国合成生物学规划及其影响与启示

合成生物学作为新兴前沿交叉领域,越来越凸显出其在低碳经济中支撑经济增长的巨大潜力。英国把合成生物学列为未来八大技术之一,是首个在国家层面通过路线图方式推动合成生物学发展的国家。该文分析了英国在发展合成生物学方面的政策研究、战略规划、发展模式以及近年来取得的成效等,旨在为我国合成生物学等前沿技术科技规划的制定与设计、基础设施建设与产业转化等提供参考和借鉴。     

2023年合成生物学在健康与医药领域的应用

自21世纪初以来,高通量DNA测序、大规模DNA合成与组装、高效率基因组编辑等技术不断取得突破,推动合成生物学“读-编-写”进入高通量、自动化的时代,已经开始影响或应用于生物医药、材料化工、农业、食品、能源、环境保护等多个领域。在健康与医药领域,合成生物学研究成果和技术创新可以在认识生命规律的基础上,解析疾病发生发展机制、寻找药物设计靶点、干预自然的生理代谢过程与机体的免疫应答机制、实现对人体生理状态的监测以及对疾病的诊断与治疗,从而深刻影响医疗模式、诊疗体系和生命健康产业。该文对2023年合成生物学在健康与医药领域的规划布局、研发进展和产业发展进行了系统性的梳理,并展望了该领域未来更广泛的应用前景。     

中国科学院工业生物技术发展路径

随着工程生物学、基因编辑等共性技术的快速发展,工业生物技术领域的颠覆式创新在低碳合成、未来食品、药物开发等工业生物技术领域不断取得颠覆式创新,支撑了生物产业高质量创新发展。工业生物技术正在为变革传统工业制造模式,构建碳中性工业制造路线形成重要科技支撑。本文从战略规划、创新机构、人才建设、基础研究、科技创新、产业推进等方面系统介绍了中国科学院在工业生物技术领域的整体安排、建制化研发与科技进展,并提出了加快工业生物技术发展的建议。     

合成生物学领域专利竞争态势分析

合成生物学是生物学、工程学、化学和信息技术等相互交叉融合的一个新兴领域,在医学、药物、农业、材料、环境和能源等领域具有广阔的应用前景,甚至可能创造出自然界中没有的新生物,被视为生物科技领域的颠覆性技术。分析了合成生物学领域主要国家和地区的相关发展战略、资助项目和政策措施,总结了合成生物学领域专利技术的发展历程,揭示了该领域的专利研发主题分布情况,综合对比分析了该领域的主要国家和主要机构的专利产出情况,以期为我国合成生物学领域的科研工作者和管理决策者提供参考数据。     

合成生物企业与产品分析

<正>从企业的产业链布局来看,合成生物企业主要分为技术赋能型公司、平台型公司、产品应用型公司。其中,技术赋能型公司为合成生物学行业提供关键的技术支持;平台型公司提供较工具性模式更为完整的服务,因技术完备、数据量大,是实现规模化生产的未来之星;而产品应用型公司涵盖工业化学品、医疗、食品、材料以及化妆品/护肤品等千行百业。在合成生物热潮下,调研组根据网络热度、企业活跃度等维度选取了100家合成生物学企业,分析合成生物学在不同领域的应用,进一步感知当前行业布局。     

工程菌种自动化高通量编辑与筛选研究进展

合成生物学(synthetic biology)与经典生物学研究的革命性区别之一是合成生物学能将生物实验的对象、方法、技术和流程高度标准化和模块化,创建出自动化与高通量的合成生物铸造模式。该模式通过复杂生物过程与自动化设施的结合,颠覆过往劳动密集型的研究范式,获得更高的技术迭代能力,极大促进了合成生物学的发展和产业化应用。值此天津工业生物技术研究所创立10周年之际,本文回顾了研究所在工业菌种自动化高通量编辑与筛选领域的系列重要工作进展,对基因克隆(gene cloning)、基因组编辑(genome editing)、编辑序列设计(editing sequence design)等生物技术的自动化实现,以及流式细胞、液滴微流控、全基因组规模扰动测序等高通量筛选技术进行了分析讨论,并展望了本领域未来的发展方向。望借此为创建具有自主知识产权的优秀菌种及其产业应用提供智能化、自动化和全链条覆盖的整体支撑能力。     

2022年合成生物学发展态势

合成生物学已经进入快速发展阶段,突破性成果不断涌现,技术转化与产业应用也初见成效。DNA合成、基因编辑、计算机辅助设计和过程自动化、机器学习等技术的进步和相关平台的建设,以及政策的支持和投融资的持续活跃,有望进一步推动生物产业及生物经济的发展。在新一轮科技变革与保护自然环境、减少碳排放的背景下,世界主要国家更加注重生物经济的可持续发展。该文系统梳理了全球合成生物学在2022年的战略规划、研发和产业等方面的进展,展望了未来在技术创新、产业应用等方面的发展前景。     

合成生物学与国际遗传工程机器大赛对培养大学生双创思维与能力的影响

合成生物学是21世纪前沿交叉学科,是现代生物学最具发展空间的领域之一.随着合成生物学的迅速发展,国际基因工程机器大赛(International Genetically Engineered Machine,iGEM)应运而生.iGEM竞赛项目基于合成生物学学科基础,应用现代生物学技术手段,立足解决社区和身边的实际生物...     

基于Web of Science的合成生物学文献计量分析

合成生物学是一个新兴的交叉学科,近年来得到了广泛关注。本文以1992-2012年期间Web of Science数据库收录的5012篇与合成生物学相关的论文为研究对象,进行年代分布、地域分布、机构分布、研究热点等方面的计量分析,以探究合成生物领域的研究实力分布、研究热点与发展动态。通过文献计量分析发现合成生物学领域近十年来发展迅猛,美国等发达国家占据主动。我国在该领域的论文产出数量可观,但学术影响力有待提高。研究的热点主要集中在基因调控网络构建、基因基因组合成、功能回路设计等方面。     

构建合成生物学制造厂

合成生物学是一个"自上而下",以设计-构建-测试循环为研究模式、以工程化组装构建为特征的新兴跨学科领域.近年来在此新兴领域的众多研究成果使该研究循环获得了极大的成功,特别是在基于计算机的生物系统设计、DNA从头合成、组装及验证,以及代谢产物分析等方面为建立未来高通量生物系统加工生产线打下了坚实的基础.本文旨在总结当前合成生物学的技术发展水平,并对建立自动化生物产品制造厂需要应对的挑战展开讨论.     

合成生物学：从“造物致用”到产业转化

“合成生物学”在生命科学研究中汇聚了工程、物理、化学、数学、计算机等学科的进展,采用工程科学的研究理念,对生物体进行有目标地设计、改造乃至重新合成,甚至创建赋予非自然功能的“人造生命”,推动了从认识生命到设计生命的跨越,正在引领产业技术变革和生物经济可持续发展。本文结合中国科学院天津工业生物技术研究所作为我国合成生物学领域重要代表成立十年来的发展,聚焦“造物致用”,简要回顾和梳理了国内外合成生物学的重要科技进展与产业发展状况,并展望分析了我国合成生物学的未来发展。     

合成生物学与代谢工程

随着DNA重组技术的日趋成熟,代谢工程的理论和应用已经得到了迅速发展。合成生物学是近年来蓬勃发展的一门新兴学科,在许多领域都具有重要的应用。以下从改造细胞代谢的关键因子、代谢途径的调节和宿主细胞与代谢途径构建的关系等方面详细讨论了合成生物学的最新进展和合成生物学在代谢工程领域的应用。     

基因组编辑技术及未来发展

基因组编辑技术是合成生物学的一项核心使能技术.CRISPR基因组编辑技术在生命科学领域掀起了一场全新的技术革命,助推了合成生物学快速发展.然而,目前CRISPR基因组编辑技术的性能尚有欠缺,智能设计、表达和投递系统等相关技术也不能满足医疗和农业领域的应用需求.未来基因组编辑技术的发展方向,一方面亟待开发更精准、高效、全...     

合成生物学产业面临的挑战

<正>作为一门“汇聚”型新兴学科,合成生物学被誉为认识生命的钥匙、改变未来的颠覆性技术,在造物致知、造物致用方面,为解决人类在能源、环境和健康等领域提供了可能性解决方案。多个国家政府将合成生物学作为优先发展的学科和技术,还制定和实施了相关的科技计划。21世纪以来,合成生物学的学科建设、各分支的应用实践都得到了长足发展,但是在技术、产业应用、外部环境等方面,依然面临着诸多挑战,需要产学研各界携手共同面对。     

非天然氨基酸细胞工厂的构建与应用

非天然氨基酸在医药、农药、材料等领域得到广泛应用,其绿色、高效合成越来越受到关注.近年来,随着合成生物学的快速发展,微生物细胞工厂为非天然氨基酸的制造提供了重要手段.文中从合成途径的重构、关键酶的设计改造及与前体的协同调控、竞争性旁路途径的敲除、辅因子循环系统的构建等方面介绍了 一系列非天然氨基酸细胞工厂构建与应用的研...     

人体免疫相关的合成生物学生物安全风险和应对策略研究

人体免疫相关的合成生物学一直是国际生物医学领域的前沿热点之一,它在重大疾病免疫疗法和预防医学等领域显示出了巨大的应用潜力。而人类免疫相关的合成生物学生物安全将越来越成为科技造福人类的重要健康研究主题,这一前沿研究领域也关系到总体国家安全和人类未来命运。在与人体免疫相关的合成生物学领域,重点分析潜在生物安全风险因子,从微生物对免疫功能影响、免疫抑制、免疫过激应答、自身免疫反应和人类基因组免疫5个方面进行研究,提出涉及合成生物学相关的生物安全问题并提出应对策略,为人类健康领域生物安全和合成生物技术科技创新发展保驾护航。     

2017合成生物学专刊序言

近10年来,合成生物学的发展受到广泛关注。为了集中报道本领域的最新研究进展,特组织出版了此合成生物学专刊。本专刊分3个栏目:科学意义、新技术新方法和应用领域,重点介绍了合成生物学的科学内涵、技术方法进步及合成生物学在医学、药物、农业、材料、环境和能源等领域的应用前景。     

2022年营养健康领域发展态势

国民营养状况是健康的基础,也是衡量一个国家经济发展、卫生保健和人口健康的重要指标。本文全面梳理了2022年营养健康领域在科技布局、研究热点和产业方面的发展态势,分析发现,科技布局层面持续支持精准、个性化营养,重视食品安全体系建设,推动未来食品系统向可持续化发展;科学研究聚焦通过营养干预进行疾病的预防和辅助治疗、营养健康与微生物组的关系,以及营养助力健康老龄化等;产业方面,生物技术的不断发展推动替代蛋白、营养保健品等市场呈现稳步上升趋势。基于科技布局及研发趋势,本文进一步展望了该领域未来的发展前景。     

基于模式微生物生长特性调控的食品功能因子生物制造研究进展

食品功能因子作为功能性食品制造的基础素材,是食品中真正起生理作用的有效成分,在调节人体机能,改善睡眠和促进生长发育等方面发挥着重要作用.合成生物学作为一种更安全、更健康和绿色可持续的食品获取方式,已经成为推动食品行业发展的重要技术支撑.食品合成生物技术主要通过采用合成生物学技术设计构建食品组分的合成途径,创建具有食品工业应用能力的智能化细胞工厂,大幅提升食品功能因子等高附加值产品的合成效率.目前,以大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、谷氨酸棒杆菌和酿酒酵母等模式微生物作为合成载体,通过对其生长进行精细调控,食品功能因子的生物制造已取得重大进展.本文主要从转运蛋白工程改造提高细胞生长速率、重编程细胞能量代谢和平衡细胞生长与产物合成方面总结了基于模式微生物生长特性调控合成食品功能因子的研究策略和进展,提出了目前所面临的挑战,并对其未来发展做出展望.     

灵芝:一种研究天然药物合成的模式真菌

模式生物在生命科学研究中发挥着核心作用,缺乏成熟的药用模式生物研究体系已成为阻碍天然药物生物合成研究发展的重要瓶颈.灵芝是目前研究最深入的药用生物之一,具有模式生物的鲜明特征:世代短、子代多、基因组小、培养条件简单、可进行遗传转化、对人体和环境无害等.灵芝多元化的次生代谢途径使其成为研究天然药物生物合成及其调控的理想模式生物.近期,全基因组序列的测定完成为灵芝成为模式生物奠定了坚实的基础.作为药用模式真菌,灵芝将在次生代谢产物多样性研究、药用真菌发育生物学及天然药物合成生物学等领域发挥重要作用.同时,推广灵芝成为一种新的模式生物将有利于整合现代生命科学的前沿技术和研究策略,进而深入阐明次生代谢研究领域中具有普遍性的机制和规律,为建设高效可控的天然药物合成平台奠定基础.