Sinh học tổng hợp - Wikipedia

Nghiên cứu sinh học tổng hợp tại NASA Ames.

Sinh học tổng hợp là một ngành liên ngành của sinh học và kỹ thuật.

Môn học kết hợp các ngành từ trong các lĩnh vực này, như công nghệ sinh học, kỹ thuật di truyền, sinh học phân tử, kỹ thuật phân tử, sinh học hệ thống, khoa học màng, sinh học, kỹ thuật hóa học và sinh học, kỹ thuật điện và máy tính, kỹ thuật điều khiển và sinh học tiến hóa. Sinh học tổng hợp áp dụng các ngành này để xây dựng các hệ thống sinh học nhân tạo cho các ứng dụng nghiên cứu, kỹ thuật và y tế.

Định nghĩa [ chỉnh sửa ]

Sinh học tổng hợp được các nhà sinh học và kỹ sư nhìn thấy khác nhau. Ban đầu được xem là một phần của sinh học, trong những năm gần đây, vai trò của kỹ thuật điện và hóa học đã trở nên quan trọng hơn. Ví dụ, một mô tả chỉ định sinh học tổng hợp là "một ngành học mới nổi sử dụng các nguyên tắc kỹ thuật để thiết kế và lắp ráp các thành phần sinh học". ^[1] Một mô tả khác là "một lĩnh vực khoa học mới nổi, trong đó CNTT, công nghệ sinh học và công nghệ nano gặp gỡ và củng cố lẫn nhau" ^[2]

Định nghĩa về sinh học tổng hợp cũng được tranh luận trong khoa học, nghệ thuật và chính trị của con người. ^[3] Một định nghĩa phổ biến: ^[4]

"thiết kế và xây dựng các mô-đun sinh học, ^[5] hệ thống sinh học, và máy sinh học hoặc, thiết kế lại hệ thống sinh học hiện tại cho các mục đích hữu ích ".

Các khía cạnh chức năng của định nghĩa này bắt nguồn từ sinh học phân tử và công nghệ sinh học. ^[6]

Khi sử dụng thuật ngữ này đã được mở rộng, sinh học tổng hợp gần đây được định nghĩa là thiết kế nhân tạo và kỹ thuật của các hệ thống sinh học và sinh vật sống nhằm mục đích cải thiện các ứng dụng cho nghiên cứu công nghiệp hoặc sinh học. ^[7]

Nói chung, mục đích của nó có thể được mô tả là thiết kế và xây dựng các con đường, sinh vật hoặc thiết bị nhân tạo mới, hoặc thiết kế lại các hệ thống sinh học tự nhiên hiện có.

Sinh học tổng hợp theo truyền thống được chia thành hai cách tiếp cận khác nhau. Sinh học tổng hợp từ trên xuống liên quan đến việc sử dụng các kỹ thuật chuyển hóa và kỹ thuật di truyền để truyền đạt các chức năng mới cho các tế bào sống. Sinh học tổng hợp từ dưới lên liên quan đến việc tạo ra các hệ thống sinh học mới in vitro bằng cách tập hợp các thành phần phân tử sinh học 'không sống', ^[8] thường với mục đích xây dựng một tế bào nhân tạo. Do đó, các hệ thống sinh học được lắp ráp từng mô-đun. Các hệ thống biểu hiện protein không có tế bào thường được sử dụng, ^[9][10][11] cũng như các máy móc phân tử dựa trên màng. Ngày càng có nhiều nỗ lực để thu hẹp sự phân chia giữa các cách tiếp cận này bằng cách hình thành các tế bào sống / tổng hợp lai, ^[12] và giao tiếp kỹ thuật giữa các quần thể tế bào sống và tổng hợp. ^[13]

Lịch sử [ chỉnh sửa ] [19659006] Việc sử dụng đầu tiên của thuật ngữ "sinh học tổng hợp" là trong ấn phẩm của Stéphane Leduc của Théorie Physico-chimique de la vie et généations spontanées (1910) ^[14] ] (1912). ^[15]

Một cách giải thích đương đại về sinh học tổng hợp đã được đưa ra bởi nhà di truyền học người Ba Lan Wacław Szybalski trong một cuộc thảo luận của Hội thảo về chiến lược sinh học "OHOLO" thường niên lần thứ mười tám. vào năm 1973 Zichron Yaakov, Israel. ^{[16] [17]}

Năm 1978, Arber, Nathans và Smith đã giành giải thưởng Nobel về sinh lý học hoặc y học vì phát hiện ra các enzyme hạn chế, dẫn đến Szybalski đưa ra một nhận xét biên tập trong tạp chí Gene :

Công trình nghiên cứu các hạt nhân hạn chế không chỉ cho phép chúng ta dễ dàng xây dựng các phân tử DNA tái tổ hợp và phân tích các gen riêng lẻ mà còn đưa chúng ta vào kỷ nguyên mới của sinh học tổng hợp, nơi không chỉ các gen hiện tại được mô tả và phân tích mà còn sắp xếp gen mới có thể được xây dựng và đánh giá. ^[18]

Một tiến bộ đáng chú ý trong sinh học tổng hợp xảy ra vào năm 2000, khi hai bài báo trong Tự nhiên thảo luận về việc tạo ra các thiết bị mạch sinh học tổng hợp của công tắc chuyển đổi gen và đồng hồ sinh học bằng cách kết hợp các gen trong E. coli tế bào. ^[19][20]

Viễn cảnh [ chỉnh sửa ]

Các kỹ sư xem sinh học như một công nghệ - một công nghệ sinh học kỹ thuật sinh học . ^[21] Sinh học tổng hợp bao gồm định nghĩa lại và mở rộng công nghệ sinh học, với mục tiêu cuối cùng là có thể thiết kế và xây dựng các hệ thống sinh học được thiết kế để xử lý thông tin, chế tạo hóa chất, chế tạo vật liệu và cấu trúc, sản xuất năng lượng, cung cấp thực phẩm, duy trì và tăng cường sức khỏe của con người (xem Kỹ thuật y sinh) và môi trường của chúng ta. ^[22]

Các nghiên cứu về sinh học tổng hợp có thể được phân chia thành các phân loại rộng theo cách tiếp cận mà họ thực hiện vấn đề trong tầm tay: tiêu chuẩn hóa các bộ phận sinh học, kỹ thuật phân tử sinh học, kỹ thuật bộ gen. Kỹ thuật phân tử sinh học bao gồm các phương pháp nhằm tạo ra một bộ công cụ của các đơn vị chức năng có thể được giới thiệu để trình bày các chức năng công nghệ mới trong các tế bào sống. Kỹ thuật di truyền bao gồm các phương pháp để xây dựng nhiễm sắc thể tổng hợp cho toàn bộ hoặc tối thiểu các sinh vật. Thiết kế phân tử sinh học đề cập đến ý tưởng chung về thiết kế de novo và sự kết hợp phụ gia của các thành phần phân tử sinh học. Mỗi cách tiếp cận này đều có chung một nhiệm vụ: phát triển một thực thể tổng hợp hơn ở mức độ phức tạp cao hơn bằng cách điều khiển một cách sáng tạo một phần đơn giản hơn ở cấp độ trước. ^[23]

Mặt khác, " các nhà văn lại "là các nhà sinh học tổng hợp quan tâm đến việc kiểm tra tính không thể phá hủy của các hệ thống sinh học. Do sự phức tạp của các hệ thống sinh học tự nhiên, sẽ đơn giản hơn để xây dựng lại các hệ thống quan tâm tự nhiên từ đầu; Để cung cấp các chất thay thế được thiết kế dễ hiểu hơn, kiểm soát và thao tác hơn. ^[24] Các nhà văn lại lấy cảm hứng từ tái cấu trúc, một quá trình đôi khi được sử dụng để cải thiện phần mềm máy tính.

Kích hoạt công nghệ [ chỉnh sửa ]

Một số công nghệ mới cho phép rất quan trọng đối với sự thành công của sinh học tổng hợp. Các khái niệm bao gồm tiêu chuẩn hóa các bộ phận sinh học và trừu tượng hóa phân cấp để cho phép sử dụng các bộ phận đó trong các hệ thống tổng hợp. ^[25] Các công nghệ cơ bản bao gồm đọc và viết DNA (giải trình tự và chế tạo). Các phép đo trong nhiều điều kiện là cần thiết để mô hình hóa chính xác và thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD).

Tổng hợp DNA và gen [ chỉnh sửa ]

Được thúc đẩy bằng cách giảm đáng kể chi phí tổng hợp oligonucleotide ("oligos"), kích thước của cấu trúc DNA từ oligos đã tăng lên đến mức độ genomic ^[26] Năm 2000, các nhà nghiên cứu đã báo cáo tổng hợp bộ gen virus viêm gan C 9,6 kbp (kilo bp) từ tổng hợp hóa học từ 60 đến 80-mers. ^[27] Năm 2002, các nhà nghiên cứu tại SUNY Stony Brook đã thành công trong việc tổng hợp bộ gen bệnh bại liệt 7741 bp trình tự được công bố của nó, tạo ra bộ gen tổng hợp thứ hai, kéo dài hai năm. ^[28] Năm 2003, bộ gen 5386 bp của vi khuẩn Phi X 174 đã được tập hợp trong khoảng hai tuần. ^[29] Năm 2006, cùng một nhóm, tại J. Viện Craig Venter, đã xây dựng và cấp bằng sáng chế một bộ gen tổng hợp của một loại vi khuẩn tối thiểu mới, Mycoplasma labatorium và đang nghiên cứu để nó hoạt động trong một tế bào sống. ^[30] ] ^{[32] [1 9459018]}

Vào năm 2007, có một số công ty đã cung cấp tổng hợp các chuỗi di truyền dài tới 2000 cặp cơ sở (bp), với giá khoảng 1 đô la mỗi bp và thời gian quay vòng chưa đầy hai tuần. ^[33] Các oligonucleotide được thu hoạch từ chip DNA được sản xuất bằng phương pháp quang khắc hoặc in phun kết hợp với sửa lỗi không khớp DNA cho phép thay đổi quy mô lớn của các codon trong hệ thống gen để cải thiện biểu hiện gen hoặc kết hợp các axit amin mới (xem tổng hợp axit amin mới của George M. Church và Anthony Forster các dự án tế bào. ^[34][35]) Điều này ủng hộ cách tiếp cận tổng hợp từ đầu.

Ngoài ra, hệ thống CRISPR / Cas đã nổi lên như một kỹ thuật đầy hứa hẹn để chỉnh sửa gen. Nó được mô tả là "sự đổi mới quan trọng nhất trong không gian sinh học tổng hợp trong gần 30 năm". ^[36] Trong khi các phương pháp khác phải mất hàng tháng hoặc hàng năm để chỉnh sửa trình tự gen, CRISPR tăng tốc thời gian lên đến hàng tuần. ^[36] Tuy nhiên, về việc sử dụng và khả năng tiếp cận, nó đã gây ra những lo ngại về đạo đức, đặc biệt là việc sử dụng nó trong quá trình sinh học. ^[37][38][39]

Giải trình tự [ chỉnh sửa ]

Trình tự DNA xác định thứ tự các cơ sở nucleotide trong DNA phân tử. Các nhà sinh học tổng hợp sử dụng trình tự DNA trong công việc của họ theo nhiều cách. Đầu tiên, các nỗ lực giải trình tự bộ gen quy mô lớn tiếp tục cung cấp thông tin về các sinh vật xuất hiện tự nhiên. Thông tin này cung cấp một chất nền phong phú từ đó các nhà sinh học tổng hợp có thể xây dựng các bộ phận và thiết bị. Thứ hai, giải trình tự có thể xác minh rằng hệ thống được chế tạo là như dự định. Thứ ba, giải trình tự nhanh, rẻ và đáng tin cậy có thể tạo điều kiện cho việc phát hiện và xác định nhanh chóng các hệ thống và sinh vật tổng hợp. ^[40]

Microfluidics [ chỉnh sửa ]

Microfluidics, đặc biệt là microfluidics công cụ được sử dụng để xây dựng các thành phần mới, và để phân tích và mô tả chúng. ^[41][42] Nó được sử dụng rộng rãi trong các thử nghiệm sàng lọc. ^[43]

Modularity [ chỉnh sửa ]

Được sử dụng nhiều nhất ^{[44] : 22 Từ23} Các bộ phận DNA được tiêu chuẩn hóa là các plasmid BioBrick, được phát minh bởi Tom Knight vào năm 2003. ^[45] Biobricks được lưu trữ tại Cơ quan đăng ký các bộ phận sinh học tiêu chuẩn ở Cambridge, Massachusetts. Tiêu chuẩn BioBrick đã được sử dụng bởi hàng ngàn sinh viên trên toàn thế giới trong cuộc thi Máy biến đổi gen quốc tế (iGEM). ^{[44]: 22 Chuyện23}

Trong khi DNA là quan trọng nhất để lưu trữ thông tin, một phần lớn các hoạt động của tế bào được thực hiện bởi các protein. Các công cụ có thể gửi protein đến các vùng cụ thể của tế bào và liên kết các protein khác nhau lại với nhau. Độ mạnh tương tác giữa các đối tác protein phải được điều chỉnh trong khoảng thời gian một giây (mong muốn cho các sự kiện tín hiệu động) cho đến tương tác không thể đảo ngược (mong muốn cho sự ổn định của thiết bị hoặc khả năng phục hồi trong điều kiện khắc nghiệt). Các tương tác như cuộn dây cuộn, ^[46] Liên kết peptide miền SH3 ^[47] hoặc SpyTag / SpyCatcher ^[48] cung cấp khả năng kiểm soát như vậy. Ngoài ra, cần phải điều chỉnh các tương tác protein-protein trong các tế bào, chẳng hạn như với ánh sáng (sử dụng các miền cảm nhận điện áp ánh sáng) hoặc các phân tử nhỏ thấm qua tế bào bằng cách làm giảm hóa học gây ra bởi hóa học. ^[49] 19659003] Trong một tế bào sống, các họa tiết phân tử được nhúng vào một mạng lớn hơn với các thành phần ngược dòng và xuôi dòng. Các thành phần này có thể thay đổi khả năng báo hiệu của mô-đun mô hình. Trong trường hợp mô-đun siêu nhạy, sự đóng góp độ nhạy của mô-đun có thể khác với độ nhạy mà mô-đun duy trì trong sự cô lập. ^[50][51]

Mô hình hóa [ chỉnh sửa ]

Mô hình cho biết thiết kế của thiết kế hệ thống sinh học bằng cách dự đoán tốt hơn hành vi hệ thống trước khi chế tạo. Sinh học tổng hợp được hưởng lợi từ các mô hình tốt hơn về cách các phân tử sinh học liên kết các chất nền và phản ứng xúc tác, cách DNA mã hóa thông tin cần thiết để xác định tế bào và cách các hệ thống tích hợp đa thành phần hoạt động. Các mô hình đa mạng của các mạng điều hòa gen tập trung vào các ứng dụng sinh học tổng hợp. Mô phỏng có thể mô hình hóa tất cả các tương tác phân tử sinh học trong phiên mã, dịch mã, điều hòa và cảm ứng của các mạng điều hòa gen. ^[52][53]

Các yếu tố phiên mã tổng hợp [ chỉnh sửa ]

Các nghiên cứu đã xem xét các thành phần của cơ chế phiên mã DNA . Một mong muốn của các nhà khoa học tạo ra các mạch sinh học tổng hợp là có thể kiểm soát sự phiên mã của DNA tổng hợp ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn. Một nghiên cứu đã kiểm tra khả năng điều chỉnh của các yếu tố phiên mã tổng hợp (sTFs) trong các lĩnh vực đầu ra phiên mã và khả năng hợp tác giữa nhiều phức hợp yếu tố phiên mã. ^[54] Các nhà nghiên cứu có thể biến đổi ngón tay kẽm, thành phần đặc hiệu DNA của sTF, để giảm ái lực của chúng một cách cụ thể các vị trí trình tự DNA của nhà điều hành và do đó làm giảm hoạt động cụ thể của trang web liên quan đến sTF (thường là quy định phiên mã). Họ tiếp tục sử dụng các ngón tay kẽm làm thành phần của các sTF hình thành phức tạp, đó là các cơ chế dịch mã eukaryote. ^[55]

Ứng dụng [ chỉnh sửa ]

Máy tính sinh học ]

Một máy tính sinh học đề cập đến một hệ thống sinh học được thiết kế có thể thực hiện các hoạt động giống như máy tính, là một mô hình chi phối trong sinh học tổng hợp. Các nhà nghiên cứu đã xây dựng và mô tả một loạt các cổng logic trong một số sinh vật, ^[56] và đã chứng minh cả tính toán tương tự và kỹ thuật số trong các tế bào sống. Họ đã chứng minh rằng vi khuẩn có thể được thiết kế để thực hiện cả tính toán tương tự và / hoặc kỹ thuật số. ^[57][58] Trong nghiên cứu tế bào người đã chứng minh một nhà đánh giá logic phổ quát hoạt động trong các tế bào động vật có vú vào năm 2007 ^[59] Sau đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình này để chứng minh bằng chứng - Liệu pháp khái niệm sử dụng tính toán kỹ thuật số sinh học để phát hiện và tiêu diệt tế bào ung thư ở người vào năm 2011. ^[60] Một nhóm các nhà nghiên cứu khác đã chứng minh vào năm 2016 rằng các nguyên tắc của kỹ thuật máy tính, có thể được sử dụng để tự động hóa thiết kế mạch kỹ thuật số trong tế bào vi khuẩn. ] Vào năm 2017, các nhà nghiên cứu đã trình diễn hệ thống 'Boolean logic và số học thông qua hệ thống cắt bỏ DNA' (BLADE) để thiết kế tính toán kỹ thuật số trong các tế bào của con người. ^[62]

Biosensors [ chỉnh sửa ]

cho một sinh vật được thiết kế, thường là vi khuẩn, có khả năng báo cáo một số hiện tượng xung quanh như sự hiện diện của kim loại nặng hoặc độc tố. Một hệ thống như vậy là operon Lux của Aliivibrio fischeri, ^[63] mã hóa cho enzyme là nguồn phát quang sinh học của vi khuẩn và có thể được đặt sau một chất kích thích phản ứng để biểu hiện các gen phát quang để đáp ứng với một kích thích môi trường cụ thể. ^[64] Một cảm biến như vậy được tạo ra bao gồm lớp phủ vi khuẩn phát quang sinh học trên chip máy tính nhạy sáng để phát hiện một số chất gây ô nhiễm dầu mỏ. Khi vi khuẩn cảm nhận được chất gây ô nhiễm, chúng phát quang. ^[65]

Các sinh vật bị biến đổi có thể cảm nhận tín hiệu môi trường và gửi tín hiệu đầu ra có thể được phát hiện và phục vụ mục đích chẩn đoán. Các đoàn hệ vi khuẩn đã được sử dụng. ^[66]

Biến đổi tế bào [ chỉnh sửa ]

Các tế bào sử dụng các gen và protein tương tác, được gọi là mạch gen, để thực hiện chức năng đa dạng, như phản ứng với các tín hiệu môi trường , ra quyết định và giao tiếp. Ba thành phần chính có liên quan: DNA, RNA và nhà sinh học tổng hợp đã thiết kế các mạch gen có thể kiểm soát biểu hiện gen từ nhiều cấp độ bao gồm mức độ phiên mã, sau phiên mã và dịch mã.

Kỹ thuật trao đổi chất truyền thống đã được củng cố bằng cách giới thiệu sự kết hợp của các gen ngoại và tối ưu hóa bằng tiến hóa có định hướng. Điều này bao gồm kỹ thuật E. coli và nấm men để sản xuất thương mại tiền chất của thuốc chống sốt rét, Artemisinin. ^[67]

Toàn bộ sinh vật vẫn chưa được tạo ra từ đầu, mặc dù các tế bào sống có thể được biến đổi bằng DNA mới. . Một số cách cho phép xây dựng các thành phần DNA tổng hợp và thậm chí toàn bộ bộ gen tổng hợp, nhưng một khi có được mã di truyền mong muốn, nó được tích hợp vào một tế bào sống dự kiến ​​sẽ biểu hiện các khả năng hoặc kiểu hình mới mong muốn trong khi phát triển và phát triển. ^[68] Biến đổi tế bào được sử dụng để tạo ra các mạch sinh học, có thể được chế tác để mang lại kết quả mong muốn. ^{[19] [20]}

Bằng cách tích hợp sinh học tổng hợp với khoa học vật liệu, có thể sử dụng các tế bào như các xưởng đúc phân tử siêu nhỏ để sản xuất các vật liệu có các đặc tính có đặc tính được mã hóa di truyền. Tái cấu trúc đã sản xuất sợi Curli, thành phần amyloid của vật liệu ngoại bào của màng sinh học, làm nền tảng cho vật liệu nano lập trình. Các sợi nano này được xây dựng về mặt di truyền cho các chức năng cụ thể, bao gồm độ bám dính với chất nền, tạo khuôn hạt nano và cố định protein. ^[69]

Protein được thiết kế [ chỉnh sửa ]

Protein Top7 là một trong những protein đầu tiên được thiết kế trong một nếp gấp chưa từng thấy trước đây trong tự nhiên ^[70]

Các protein tự nhiên có thể được thiết kế, ví dụ, bằng cách tiến hóa theo hướng, các cấu trúc protein mới phù hợp hoặc cải thiện chức năng của các protein hiện có có thể được tạo ra. Một nhóm tạo ra một bó xoắn có khả năng liên kết oxy với các tính chất tương tự như hemoglobin, nhưng không liên kết với carbon monoxide. ^[71] Một cấu trúc protein tương tự đã được tạo ra để hỗ trợ nhiều hoạt động oxyoreductase. ^[72] Một nhóm khác tạo ra một gia đình của các thụ thể kết hợp G-protein có thể được kích hoạt bởi clozapine-N-oxide phân tử nhỏ trơ nhưng không nhạy cảm với phối tử tự nhiên, acetylcholine. ^[73] Các chức năng tiểu thuyết hoặc tính đặc hiệu của protein cũng có thể được thiết kế bằng các phương pháp tính toán. Một nghiên cứu đã có thể sử dụng hai phương pháp tính toán khác nhau - phương pháp tin sinh học và mô hình hóa phân tử để khai thác cơ sở dữ liệu trình tự và phương pháp thiết kế enzyme tính toán để lập trình lại tính đặc hiệu của enzyme. Cả hai phương pháp đều tạo ra các enzyme được thiết kế với độ đặc hiệu> 100 lần để sản xuất rượu chuỗi dài hơn từ đường ^[74].

Một nghiên cứu phổ biến khác là mở rộng tập hợp 20 axit amin tự nhiên. Không bao gồm các codon dừng, 61 codon đã được xác định, nhưng chỉ có 20 axit amin được mã hóa nói chung trong tất cả các sinh vật. Một số codon được thiết kế để mã hóa các axit amin thay thế bao gồm: các axit amin không đạt tiêu chuẩn như O-methyl tyrosine; hoặc các axit amin ngoại sinh như 4-fluorophenylalanine. Thông thường, các dự án này sử dụng các cặp ức chế vô nghĩa được mã hóa lại tRNA-Aminoacyl tRNA synthetase từ các sinh vật khác, mặc dù trong hầu hết các trường hợp, kỹ thuật đáng kể là cần thiết. ^[75]

bằng cách giảm bộ 20 axit amin bình thường. Các thư viện trình tự protein giới hạn được tạo ra bằng cách tạo ra các protein trong đó các nhóm axit amin có thể được thay thế bằng một axit amin duy nhất. ^[76] Ví dụ, một số axit amin không phân cực trong protein có thể được thay thế bằng một axit amin không phân cực duy nhất ^[77] Một dự án đã chứng minh rằng một phiên bản kỹ thuật của Chorismate mutase vẫn có hoạt tính xúc tác khi chỉ có 9 axit amin được sử dụng. ^[78]

Các nhà nghiên cứu và công ty thực hành sinh học tổng hợp để tổng hợp enzyme công nghiệp. hoạt động, năng suất tối ưu và hiệu quả. Các enzyme tổng hợp này nhằm cải thiện các sản phẩm như chất tẩy rửa và các sản phẩm từ sữa không có đường sữa, cũng như làm cho chúng hiệu quả hơn về mặt chi phí. ^[79] Những cải tiến của kỹ thuật trao đổi chất bằng sinh học tổng hợp là một ví dụ về kỹ thuật công nghệ sinh học được sử dụng trong công nghiệp để khám phá dược phẩm. và hóa chất lên men. Sinh học tổng hợp có thể điều tra các hệ thống con đường mô-đun trong sản xuất sinh hóa và tăng năng suất sản xuất trao đổi chất. Hoạt động enzyme nhân tạo và các tác động tiếp theo đến tốc độ và năng suất phản ứng trao đổi chất có thể phát triển "chiến lược mới hiệu quả để cải thiện tính chất tế bào ... để sản xuất sinh hóa quan trọng trong công nghiệp". ^[80]

Hệ thống axit nucleic được thiết kế chỉnh sửa ]

Các nhà khoa học có thể mã hóa thông tin kỹ thuật số lên một chuỗi DNA tổng hợp. Năm 2012, George M. Church đã mã hóa một trong những cuốn sách của ông về sinh học tổng hợp trong DNA. 5,3 Mb dữ liệu lớn hơn 1000 lần so với lượng thông tin lớn nhất trước đó được lưu trữ trong DNA tổng hợp. ^[81] Một dự án tương tự đã mã hóa các bản sonnet hoàn chỉnh của William Shakespeare trong DNA. ^[82]

Nhiều công nghệ đã được phát triển để kết hợp các nucleotide và axit amin không tự nhiên vào axit nucleic và protein, cả in vitro và in vivo . Ví dụ, vào tháng 5 năm 2014, các nhà nghiên cứu tuyên bố rằng họ đã giới thiệu thành công hai nucleotide nhân tạo mới vào DNA của vi khuẩn. Bằng cách bao gồm các nucleotide nhân tạo riêng lẻ trong môi trường nuôi cấy, chúng có thể trao đổi vi khuẩn 24 lần; họ đã không tạo ra mRNA hoặc protein có thể sử dụng các nucleotide nhân tạo. ^[83][84][85]

Thám hiểm không gian [ chỉnh sửa ]

Sinh học tổng hợp làm tăng sự quan tâm của NASA vì nó có thể giúp tạo ra tài nguyên cho các phi hành gia từ một danh mục các hợp chất bị hạn chế gửi từ Trái đất. ^[86][87][88] Trên sao Hỏa, đặc biệt, sinh học tổng hợp có thể dẫn đến các quá trình sản xuất dựa trên tài nguyên địa phương, làm cho nó trở thành một công cụ mạnh mẽ trong việc phát triển các tiền đồn có người lái với sự phụ thuộc ít hơn vào Trái đất. ^[86]

Tổng hợp cuộc sống [ chỉnh sửa ]

Một chủ đề quan trọng trong sinh học tổng hợp là cuộc sống tổng hợp liên quan đến các sinh vật giả thuyết được tạo ra trong ống nghiệm vật liệu thành phần của chúng. Các thí nghiệm tổng hợp trong cuộc sống cố gắng tìm hiểu nguồn gốc của sự sống, nghiên cứu một số tính chất của sự sống hoặc tham vọng hơn để tái tạo sự sống từ các thành phần không sống (phi sinh học). Sinh học tổng hợp cố gắng tạo ra các sinh vật sống có khả năng thực hiện các chức năng quan trọng, từ sản xuất dược phẩm đến khử độc đất và nước bị ô nhiễm. ^[90] Trong y học, nó đưa ra triển vọng sử dụng các bộ phận sinh học thiết kế làm điểm khởi đầu cho các lớp trị liệu và chẩn đoán mới công cụ. ^[90]

Một "tế bào nhân tạo" còn sống được định nghĩa là một tế bào tổng hợp hoàn toàn có thể thu năng lượng, duy trì độ dốc ion, chứa các đại phân tử cũng như lưu trữ thông tin và có khả năng biến đổi ^[91] Không ai có thể tạo ra một tế bào như vậy. ^[91]

Một nhiễm sắc thể vi khuẩn tổng hợp hoàn toàn đã được sản xuất vào năm 2010 bởi Craig Venter, và nhóm của ông đã giới thiệu nó với các tế bào vi khuẩn được làm trống bằng gen. . ^[92] Các tế bào chủ có thể phát triển và nhân lên. ^{[93] [94]}

Sinh vật sống đầu tiên với 'nhân tạo' mở rộng D Mã NA đã được trình bày vào năm 2014; nhóm đã sử dụng E. coli có bộ gen được chiết xuất và thay thế bằng nhiễm sắc thể với mã di truyền mở rộng. Các nucleoside được thêm vào là d5SICS và dNaM. ^[85]

Nền tảng phân phối thuốc [ chỉnh sửa ]

Nền tảng dựa trên vi khuẩn được thiết kế [ chỉnh sửa từ lâu đã được sử dụng trong điều trị ung thư. Bifidobacterium và Clostridium chọn lọc các khối u và giảm kích thước của chúng. ^[95] Các nhà sinh học tổng hợp gần đây đã lập trình lại vi khuẩn để cảm nhận và phản ứng với tình trạng ung thư cụ thể. Hầu hết các vi khuẩn thường được sử dụng để đưa một phân tử trị liệu trực tiếp vào khối u để giảm thiểu tác dụng ngoài mục tiêu. Để nhắm mục tiêu các tế bào khối u, các peptide có thể đặc biệt nhận ra một khối u đã được thể hiện trên bề mặt của vi khuẩn. Các peptide được sử dụng bao gồm một phân tử affibody đặc biệt nhắm vào thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì của con người 2 ^[96] và một adhsin tổng hợp. ^[97] Một cách khác là cho phép vi khuẩn cảm nhận được vi môi trường khối u, ví dụ như thiếu oxy, bằng cách xây dựng một cổng logic và khối u. Vi khuẩn. ^[98] Sau đó, vi khuẩn chỉ giải phóng các phân tử trị liệu đích vào khối u thông qua quá trình ly giải ^[99] hoặc hệ thống bài tiết vi khuẩn. ^[100] Lysis có lợi thế là nó có thể kích thích hệ thống miễn dịch và kiểm soát sự phát triển. Nhiều loại hệ thống bài tiết có thể được sử dụng và các chiến lược khác là tốt. Hệ thống được cảm ứng bởi các tín hiệu bên ngoài. Cảm ứng bao gồm hóa chất, sóng điện từ hoặc ánh sáng.

Nhiều loài và chủng được áp dụng trong các phương pháp trị liệu này. Vi khuẩn được sử dụng phổ biến nhất là Salmonella typhimurium Escherichia Coli Bifidobacteria Streptococcus Listeria và Bacillus subtilis . Mỗi loài trong số này có tài sản riêng và là duy nhất đối với liệu pháp ung thư về sự xâm lấn mô, tương tác với hệ thống miễn dịch và dễ áp ​​dụng.

Nền tảng dựa trên tế bào [ chỉnh sửa ]

Hệ thống miễn dịch đóng vai trò quan trọng trong bệnh ung thư và có thể được khai thác để tấn công các tế bào ung thư. Các liệu pháp dựa trên tế bào tập trung vào các liệu pháp miễn dịch, chủ yếu là bằng các tế bào T kỹ thuật.

Các thụ thể tế bào T đã được thiết kế và ’được đào tạo để phát hiện các tế bào ung thư. Các thụ thể kháng nguyên chimeric (CAR) bao gồm một đoạn của một kháng thể được hợp nhất với các miền tín hiệu tế bào T nội bào có thể kích hoạt và kích hoạt sự tăng sinh của tế bào. Một liệu pháp dựa trên CAR thế hệ thứ hai đã được FDA chấp thuận. ^{[ cần trích dẫn ]}

Công tắc gen được thiết kế để tăng cường an toàn cho việc điều trị. Công tắc Kill được phát triển để chấm dứt trị liệu nếu bệnh nhân cho thấy các tác dụng phụ nghiêm trọng. ^[101] Các cơ chế có thể kiểm soát tốt hơn hệ thống và dừng và kích hoạt lại nó. ^[102][103] Vì số lượng tế bào T rất quan trọng đối với sự kiên trì và mức độ nghiêm trọng của trị liệu, sự tăng trưởng của các tế bào T cũng được kiểm soát để quay số hiệu quả và an toàn của phương pháp trị liệu. ^[104]

Mặc dù một số cơ chế có thể cải thiện sự an toàn và kiểm soát, những hạn chế bao gồm khó khăn trong việc tạo ra các mạch DNA lớn vào các tế bào và rủi ro liên quan đến việc đưa các thành phần nước ngoài, đặc biệt là protein vào tế bào.

Đạo đức sinh học và bảo mật [ chỉnh sửa ]

Sinh học tổng hợp làm tăng các vấn đề đạo đức và an toàn sinh học. Tuy nhiên, ngoại trừ việc điều chỉnh các công ty tổng hợp DNA, ^[105][106] các vấn đề không được coi là mới vì chúng đã được nêu ra trong cuộc tranh luận về DNA tái tổ hợp và sinh vật biến đổi gen (GMO) trước đây và các quy định sâu rộng về kỹ thuật di truyền và nghiên cứu mầm bệnh đã được đưa ra trong nhiều khu vực pháp lý. ^[107]

Câu hỏi đạo đức bao gồm: Ai sẽ kiểm soát và truy cập vào các sản phẩm của sinh học tổng hợp, và ai sẽ đạt được từ những đổi mới này? Hệ thống bằng sáng chế cho phép bằng sáng chế về các sinh vật sống? Phôi có thể được thiết kế không? ^[108]

Liên minh châu Âu [ chỉnh sửa ]

Dự án SYNBIOSAFE do Liên minh châu Âu tài trợ ^[109] đã đưa ra các báo cáo về cách quản lý sinh học tổng hợp. Một bài báo năm 2007 đã xác định các vấn đề chính về an toàn, an ninh, đạo đức và giao diện khoa học - xã hội, dự án được xác định là giáo dục công cộng và đối thoại đang diễn ra giữa các nhà khoa học, doanh nghiệp, chính phủ và các nhà đạo đức học. ^[110][111] Các vấn đề an ninh quan trọng mà SYNBIOSAFE xác định có liên quan các công ty bán DNA tổng hợp và cộng đồng sinh học của các nhà sinh học nghiệp dư. Các vấn đề đạo đức quan trọng liên quan đến việc tạo ra các hình thức cuộc sống mới.

Một báo cáo tiếp theo tập trung vào an toàn sinh học, đặc biệt là cái gọi là thách thức sử dụng kép. Ví dụ, trong khi sinh học tổng hợp có thể dẫn đến việc sản xuất các phương pháp điều trị y tế hiệu quả hơn, nó cũng có thể dẫn đến tổng hợp hoặc sửa đổi các mầm bệnh gây hại (ví dụ, bệnh đậu mùa). ^[112] Cộng đồng bẻ khóa sinh học vẫn là một mối quan tâm đặc biệt, vì sự phân tán và Bản chất khuếch tán của công nghệ sinh học nguồn mở gây khó khăn cho việc theo dõi, điều chỉnh hoặc giảm thiểu các mối quan tâm tiềm ẩn đối với an toàn sinh học và an toàn sinh học. ^[113]

COZY, một sáng kiến ​​khác của châu Âu, tập trung vào nhận thức và truyền thông công cộng. ] Để truyền đạt tốt hơn về sinh học tổng hợp và sự phân nhánh xã hội của nó tới công chúng rộng rãi hơn, COZY và SYNBIOSAFE đã xuất bản SYNBIOSAFE một bộ phim tài liệu dài 38 phút, vào tháng 10 năm 2009. ^{[117] Hiệp hội sinh học tổng hợp quốc tế đã đề xuất tự điều chỉnh. [118] Điều này đề xuất các biện pháp cụ thể mà ngành công nghiệp sinh học tổng hợp, đặc biệt là các công ty tổng hợp DNA, nên thực hiện t. Vào năm 2007, một nhóm được dẫn dắt bởi các nhà khoa học từ các công ty tổng hợp DNA hàng đầu đã công bố một "kế hoạch thực tế để phát triển một khung giám sát hiệu quả cho ngành công nghiệp tổng hợp DNA". [105]}

Hoa Kỳ [ chỉnh sửa ]

Vào tháng 1 năm 2009, Quỹ Alfred P. Sloan đã tài trợ cho Trung tâm Woodrow Wilson, Trung tâm Hastings và Viện J. Craig Venter để kiểm tra nhận thức cộng đồng, đạo đức và ý nghĩa chính sách của sinh học tổng hợp. ^[119]

Vào ngày 9 tháng 7 năm 2009, Ủy ban Khoa học, Công nghệ & Luật của Viện Hàn lâm Quốc gia đã triệu tập một hội nghị chuyên đề về "Cơ hội và Thách thức trong lĩnh vực Sinh học Tổng hợp mới nổi". ^]

Sau khi công bố bộ gen tổng hợp đầu tiên và các phương tiện truyền thông đi kèm về "sự sống" được tạo ra, Tổng thống Barack Obama đã thành lập Ủy ban Tổng thống về Nghiên cứu các vấn đề đạo đức để nghiên cứu sinh học tổng hợp. ^[121] triệu tập một loạt các cuộc họp và đưa ra một báo cáo vào tháng 12 năm 2010 với tiêu đề "Hướng đi mới: Đạo đức của sinh học tổng hợp và công nghệ mới nổi". Ủy ban tuyên bố rằng "mặc dù thành tựu của Venter đã đánh dấu một bước tiến kỹ thuật quan trọng trong việc chứng minh rằng một bộ gen tương đối lớn có thể được tổng hợp và thay thế chính xác cho một bộ gen khác, nhưng nó không có giá trị đối với việc tạo ra cuộc sống của người Hồi giáo. ^[122] an emerging field, which creates potential risks and rewards. The commission did not recommend policy or oversight changes and called for continued funding of the research and new funding for monitoring, study of emerging ethical issues and public education.^[107]

Synthetic biology, as a major tool for biological advances, results in the "potential for developing biological weapons, possible unforeseen negative impacts on human health ... and any potential environmental impact".^[123] These security issues may be avoided by regulating industry uses of biotechnology through policy legislation. Federal guidelines on genetic manipulation are being proposed by " the President's Bioethics Commission ... in response to the announced creation of a self-replicating cell from a chemically synthesized genome, put forward 18 recommendations not only for regulating the science ... for educating the public".^[123]

Opposition[edit]

On March 13, 2012, over 100 environmental and civil society groups, including Friends of the Earth, the International Center for Technology Assessment and the ETC Group issued the manifesto The Principles for the Oversight of Synthetic Biology. This manifesto calls for a worldwide moratorium on the release and commercial use of synthetic organisms until more robust regulations and rigorous biosafety measures are established. The groups specifically call for an outright ban on the use of synthetic biology on the human genome or human microbiome.^[124][125]Richard Lewontin wrote that some of the safety tenets for oversight discussed in The Principles for the Oversight of Synthetic Biology are reasonable, but that the main problem with the recommendations in the manifesto is that "the public at large lacks the ability to enforce any meaningful realization of those recommendations".^[126]

Health and safety[edit]

As research procedures scale up to industrial processes, the number and variety of workers exposed to commercial synthetic biology risk is expected to increase. Exposure to lentiviral vectors is one important health hazard. Hazard controls include increased workplace health surveillance and proactive risk assessment and management, as well as biocontainment methods.^[127] Risk assessment may be more difficult for organisms constructed from individual synthetic genetic components since they do not occur in nature. Because synthetic biology engages a wide range of disciplines outside of biology who may be less familiar with microbiological risk assessment.^[128]

See also[edit]

References[edit]

1. ^ IEEE Xplore Abstract - Intellectual Property and the Commons in Synthetic Biology: Strategies to Facilitate an Emerging Tec...
2. ^ W97 binnenwerk-8 - Rathenau Constructing Life 2006.pdf
3. ^ "Synthetic biology: promises and perils of modern biotechnology". Marsilius Academy Heidelberg – Summer school. Heidelberg University. Retrieved 2014-09-11.
4. ^ Nakano, Tadashi; Eckford, Andrew W.; Haraguchi, Tokuko (12 September 2013). Molecular Communication. Nhà xuất bản Đại học Cambridge. ISBN 978-1-107-02308-6.
5. ^ "Registry of Standard Biological Parts". Retrieved 2014-09-11.
6. ^ Hayden EC (January 2014). "Synthetic-biology firms shift focus". Nature. 505 (7485): 598. Bibcode:2014Natur.505..598C. doi:10.1038/505598a. PMID 24476868.
7. ^ Osbourn AE, O'Maille PE, Rosser SJ, Lindsey K (November 2012). "Synthetic biology. 4th New Phytologist Workshop, Bristol, UK, June 2012". The New Phytologist. 196 (3): 671–7. doi:10.1111/j.1469-8137.2012.04374.x. PMID 23043589.
8. ^ Schwille P (September 2011). "Bottom-up synthetic biology: engineering in a tinkerer's world". Science. 333 (6047): 1252–4. Bibcode:2011Sci...333.1252S. doi:10.1126/science.1211701. PMID 21885774.
9. ^ Noireaux V, Libchaber A (December 2004). "A vesicle bioreactor as a step toward an artificial cell assembly". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (51): 17669–74. Bibcode:2004PNAS..10117669N. doi:10.1073/pnas.0408236101. PMC 539773. PMID 15591347.
10. ^ Hodgman CE, Jewett MC (May 2012). "Cell-free synthetic biology: thinking outside the cell". Metabolic Engineering. 14 (3): 261–9. doi:10.1016/j.ymben.2011.09.002. PMC 3322310. PMID 21946161.
11. ^ Elani Y, Law RV, Ces O (June 2015). "Protein synthesis in artificial cells: using compartmentalisation for spatial organisation in vesicle bioreactors". Physical Chemistry Chemical Physics. 17 (24): 15534–7. Bibcode:2015PCCP...1715534E. doi:10.1039/C4CP05933F. PMID 25932977.
12. ^ Elani Y, Trantidou T, Wylie D, Dekker L, Polizzi K, Law RV, Ces O (March 2018). "Constructing vesicle-based artificial cells with embedded living cells as organelle-like modules". Scientific Reports. 8 (1): 4564. Bibcode:2018NatSR...8.4564E. doi:10.1038/s41598-018-22263-3. PMC 5852042. PMID 29540757.
13. ^ Lentini R, Martín NY, Forlin M, Belmonte L, Fontana J, Cornella M, Martini L, Tamburini S, Bentley WE, Jousson O, Mansy SS (February 2017). "Two-Way Chemical Communication between Artificial and Natural Cells". ACS Central Science. 3 (2): 117–123. doi:10.1021/acscentsci.6b00330. PMC 5324081. PMID 28280778.
14. ^ Théorie physico-chimique de la vie et générations spontanées, S. Leduc, 1910
15. ^ Leduc S (1912). Poinat A, ed. La biologie synthétique, étude de biophysique.
16. ^ Dirk Stemerding, Virgil Rerimassie (2013). Discourses on Synthetic Biology in Europe. The Hague: Rathenau Instituut. tr. 4.
17. ^ "Panel discussion". Proceedings of the Eighteenth Annual "OHOLO" Biological Conference on Strategies for the Control of Gene Expression held March 27·30, 1973, at Zichron Yaakov, Israel. Advances in Experimental Medicine and Biology. Advances in Experimental Medicine and Biology, v. 44. 1974. p. 405. CiteSeerX 10.1.1.612.3122. doi:10.1007/978-1-4684-3246-6. ISBN 978-1-4684-3248-0.
18. ^ Szybalski W, Skalka A (November 1978). "Nobel prizes and restriction enzymes". Gene. 4 (3): 181–2. doi:10.1016/0378-1119(78)90016-1. PMID 744485.
19. ^ ^{a b} Elowitz MB, Leibler S (January 2000). "A synthetic oscillatory network of transcriptional regulators". Nature. 403 (6767): 335–8. doi:10.1038/35002125. PMID 10659856.
20. ^ ^{a b} Gardner TS, Cantor CR, Collins JJ (January 2000). "Construction of a genetic toggle switch in Escherichia coli". Nature. 403 (6767): 339–42. doi:10.1038/35002131. PMID 10659857.
21. ^ Zeng, Jie (Bangzhe). "On the concept of systems bio-engineering". Coomunication on Transgenic Animals, June 1994, CAS, PRC. 6.
22. ^ Chopra, Paras; Akhil Kamma. "Engineering life through Synthetic Biology". In Silico Biology. 6.
23. ^ Channon K, Bromley EH, Woolfson DN (August 2008). "Synthetic biology through biomolecular design and engineering". Current Opinion in Structural Biology. 18 (4): 491–8. doi:10.1016/j.sbi.2008.06.006. PMID 18644449.
24. ^ Stone, M (2006). "Life Redesigned to Suit the Engineering Crowd" (PDF). Microbe. 1 (12): 566–570.
25. ^ Baker D, Church G, Collins J, Endy D, Jacobson J, Keasling J, Modrich P, Smolke C, Weiss R (June 2006). "Engineering life: building a fab for biology". Scientific American. 294 (6): 44–51. Bibcode:2006SciAm.294f..44B. doi:10.1038/scientificamerican0606-44. PMID 16711359.
26. ^ Kosuri S, Church GM (May 2014). "Large-scale de novo DNA synthesis: technologies and applications". Nature Methods. 11 (5): 499–507. doi:10.1038/nmeth.2918. PMID 24781323.
27. ^ Blight KJ, Kolykhalov AA, Rice CM (December 2000). "Efficient initiation of HCV RNA replication in cell culture". Science. 290 (5498): 1972–4. Bibcode:2000Sci...290.1972B. doi:10.1126/science.290.5498.1972. PMID 11110665.
28. ^ Couzin J (July 2002). "Virology. Active poliovirus baked from scratch". Science. 297 (5579): 174–5. doi:10.1126/science.297.5579.174b. PMID 12114601.
29. ^ Smith HO, Hutchison CA, Pfannkoch C, Venter JC (December 2003). "Generating a synthetic genome by whole genome assembly: phiX174 bacteriophage from synthetic oligonucleotides". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (26): 15440–5. Bibcode:2003PNAS..10015440S. doi:10.1073/pnas.2237126100. PMC 307586. PMID 14657399.
30. ^ Wade, Nicholas (2007-06-29). "Scientists Transplant Genome of Bacteria". The New York Times. ISSN 0362-4331. Retrieved 2007-12-28.
31. ^ Gibson DG, Benders GA, Andrews-Pfannkoch C, Denisova EA, Baden-Tillson H, Zaveri J, Stockwell TB, Brownley A, Thomas DW, Algire MA, Merryman C, Young L, Noskov VN, Glass JI, Venter JC, Hutchison CA, Smith HO (February 2008). "Complete chemical synthesis, assembly, and cloning of a Mycoplasma genitalium genome". Science. 319 (5867): 1215–20. Bibcode:2008Sci...319.1215G. doi:10.1126/science.1151721. PMID 18218864.
32. ^ Ball, Philip (2016). "Man Made: A History of Synthetic Life". Distillations. 2 (1): 15–23. Retrieved 22 March 2018.
33. ^ Pollack, Andrew (2007-09-12). "How Do You Like Your Genes? Biofabs Take Orders". The New York Times. ISSN 0362-4331. Retrieved 2007-12-28.
34. ^ "Synthetic Biology Projects". arep.med.harvard.edu. Retrieved 2018-02-17.
35. ^ Forster AC, Church GM (2006-08-22). "Towards synthesis of a minimal cell". Molecular Systems Biology. 2 (1): 45. doi:10.1038/msb4100090. PMC 1681520. PMID 16924266.
36. ^ ^{a b} Basulto, Dominic (November 4, 2015). "Everything you need to know about why CRISPR is such a hot technology". Washington Post. Retrieved 5 December 2015.
37. ^ Kahn, Jennifer (November 9, 2015). "The Crispr Quandary". New York Times. Retrieved 5 December 2015.
38. ^ Ledford, Heidi (June 3, 2015). "CRISPR, the disruptor". Nature. Nature News. Retrieved 5 December 2015.
39. ^ Higginbotham, Stacey (4 December 2015). "Top VC Says Gene Editing Is Riskier Than Artificial Intelligence". Fortune. Retrieved 5 December 2015.
40. ^ Rollie; et al. (2012). "Designing biological systems: Systems Engineering meets Synthetic Biology". Chemical Engineering Science. 69 (1): 1–29. doi:10.1016/j.ces.2011.10.068.
41. ^ Elani Y (June 2016). "Construction of membrane-bound artificial cells using microfluidics: a new frontier in bottom-up synthetic biology". Biochemical Society Transactions. 44 (3): 723–30. doi:10.1042/BST20160052. PMC 4900754. PMID 27284034.
42. ^ Gach PC, Iwai K, Kim PW, Hillson NJ, Singh AK (October 2017). "Droplet microfluidics for synthetic biology". Lab on a Chip. 17 (20): 3388–3400. doi:10.1039/C7LC00576H. PMID 28820204.
43. ^ Vinuselvi P, Park S, Kim M, Park JM, Kim T, Lee SK (2011-06-03). "Microfluidic technologies for synthetic biology". International Journal of Molecular Sciences. 12 (6): 3576–93. doi:10.3390/ijms12063576. PMC 3131579. PMID 21747695.
44. ^ ^{a b} Freemont, Paul S.; Kitney, Richard I. (2012). Synthetic Biology – A Primer. World Scientific. doi:10.1142/p837. ISBN 978-1-84816-863-3.
45. ^ Knight, Thomas (2003). "Tom Knight (2003). Idempotent Vector Design for Standard Assembly of Biobricks". Retrieved 2014-09-26.
46. ^ Woolfson DN, Bartlett GJ, Bruning M, Thomson AR (August 2012). "New currency for old rope: from coiled-coil assemblies to α-helical barrels". Current Opinion in Structural Biology. 22 (4): 432–41. doi:10.1016/j.sbi.2012.03.002. PMID 22445228.
47. ^ Dueber JE, Wu GC, Malmirchegini GR, Moon TS, Petzold CJ, Ullal AV, Prather KL, Keasling JD (August 2009). "Synthetic protein scaffolds provide modular control over metabolic flux". Nature Biotechnology. 27 (8): 753–9. doi:10.1038/nbt.1557. PMID 19648908.
48. ^ Reddington SC, Howarth M (December 2015). "Secrets of a covalent interaction for biomaterials and biotechnology: SpyTag and SpyCatcher". Current Opinion in Chemical Biology. 29: 94–9. doi:10.1016/j.cbpa.2015.10.002. PMID 26517567.
49. ^ Bayle JH, Grimley JS, Stankunas K, Gestwicki JE, Wandless TJ, Crabtree GR (January 2006). "Rapamycin analogs with differential binding specificity permit orthogonal control of protein activity". Chemistry & Biology. 13 (1): 99–107. doi:10.1016/j.chembiol.2005.10.017. PMID 16426976.
50. ^ Altszyler E, Ventura A, Colman-Lerner A, Chernomoretz A (October 2014). "Impact of upstream and downstream constraints on a signaling module's ultrasensitivity". Physical Biology. 11 (6): 066003. Bibcode:2014PhBio..11f6003A. doi:10.1088/1478-3975/11/6/066003. PMC 4233326. PMID 25313165.
51. ^ Altszyler E, Ventura AC, Colman-Lerner A, Chernomoretz A (2017). "Ultrasensitivity in signaling cascades revisited: Linking local and global ultrasensitivity estimations". PLOS One. 12 (6): e0180083. arXiv:1608.08007. Bibcode:2017PLoSO..1280083A. doi:10.1371/journal.pone.0180083. PMC 5491127. PMID 28662096.
52. ^ Kaznessis YN (November 2007). "Models for synthetic biology". BMC Systems Biology. 1 (1): 47. doi:10.1186/1752-0509-1-47. PMC 2194732. PMID 17986347.
53. ^ Tuza ZA, Singhal V, Kim J, Murray RM (December 2013). "An in silico modeling toolbox for rapid prototyping of circuits in a biomolecular "breadboard" system.". 52nd IEEE Conference on Decision and Control. doi:10.1109/CDC.2013.6760079.
54. ^ Khalil AS, Lu TK, Bashor CJ, Ramirez CL, Pyenson NC, Joung JK, Collins JJ (August 2012). "A synthetic biology framework for programming eukaryotic transcription functions". Cell. 150 (3): 647–58. doi:10.1016/j.cell.2012.05.045. PMC 3653585. PMID 22863014.
55. ^ Khalil AS, Lu TK, Bashor CJ, Ramirez CL, Pyenson NC, Joung JK, Collins JJ (August 2012). "A synthetic biology framework for programming eukaryotic transcription functions". Cell. 150 (3): 647–58. doi:10.1016/j.cell.2012.05.045. PMC 3653585. PMID 22863014.
56. ^ Singh V (December 2014). "Recent advances and opportunities in synthetic logic gates engineering in living cells". Systems and Synthetic Biology. 8 (4): 271–82. doi:10.1007/s11693-014-9154-6. PMC 4571725. PMID 26396651.
57. ^ Purcell O, Lu TK (October 2014). "Synthetic analog and digital circuits for cellular computation and memory". Current Opinion in Biotechnology. Cell and Pathway Engineering. 29: 146–55. doi:10.1016/j.copbio.2014.04.009. PMC 4237220. PMID 24794536.
58. ^ Daniel R, Rubens JR, Sarpeshkar R, Lu TK (May 2013). "Synthetic analog computation in living cells". Nature. 497 (7451): 619–23. Bibcode:2013Natur.497..619D. doi:10.1038/nature12148. PMID 23676681.
59. ^ Rinaudo K, Bleris L, Maddamsetti R, Subramanian S, Weiss R, Benenson Y (July 2007). "A universal RNAi-based logic evaluator that operates in mammalian cells". Nature Biotechnology. 25 (7): 795–801. doi:10.1038/nbt1307. PMID 17515909.
60. ^ Xie Z, Wroblewska L, Prochazka L, Weiss R, Benenson Y (September 2011). "Multi-input RNAi-based logic circuit for identification of specific cancer cells". Science. 333 (6047): 1307–11. Bibcode:2011Sci...333.1307X. doi:10.1126/science.1205527. PMID 21885784.
61. ^ Nielsen AA, Der BS, Shin J, Vaidyanathan P, Paralanov V, Strychalski EA, Ross D, Densmore D, Voigt CA (April 2016). "Genetic circuit design automation". Science. 352 (6281): aac7341. doi:10.1126/science.aac7341. PMID 27034378.
62. ^ Weinberg BH, Pham NT, Caraballo LD, Lozanoski T, Engel A, Bhatia S, Wong WW (May 2017). "Large-scale design of robust genetic circuits with multiple inputs and outputs for mammalian cells". Nature Biotechnology. 35 (5): 453–462. doi:10.1038/nbt.3805. PMC 5423837. PMID 28346402.
63. ^ de Almeida PE, van Rappard JR, Wu JC (September 2011). "In vivo bioluminescence for tracking cell fate and function". American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 301 (3): H663–71. doi:10.1152/ajpheart.00337.2011. PMC 3191083. PMID 21666118.
64. ^ Close DM, Xu T, Sayler GS, Ripp S (2011). "In vivo bioluminescent imaging (BLI): noninvasive visualization and interrogation of biological processes in living animals". Sensors. 11 (1): 180–206. doi:10.3390/s110100180. PMC 3274065. PMID 22346573.
65. ^ Gibbs, W. Wayt (1997). "Critters on a Chip". Scientific American. Retrieved 2 Mar 2009.
66. ^ Danino, T. et al. Programmable probiotics for detection of cancer in urine. Science Transl. Med. 7, 289ra84 (2015)
67. ^ Westfall PJ, Pitera DJ, Lenihan JR, Eng D, Woolard FX, Regentin R, Horning T, Tsuruta H, Melis DJ, Owens A, Fickes S, Diola D, Benjamin KR, Keasling JD, Leavell MD, McPhee DJ, Renninger NS, Newman JD, Paddon CJ (January 2012). "Production of amorphadiene in yeast, and its conversion to dihydroartemisinic acid, precursor to the antimalarial agent artemisinin". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (3): E111–8. Bibcode:2012PNAS..109E.111W. doi:10.1073/pnas.1110740109. PMC 3271868. PMID 22247290.
68. ^ Connor, Steve (28 March 2014). "Eureka! Scientists unveil giant leap towards synthetic life". The Independent. Retrieved 2015-08-06.
69. ^ Nguyen PQ, Botyanszki Z, Tay PK, Joshi NS (September 2014). "Programmable biofilm-based materials from engineered curli nanofibres". Nature Communications. 5: 4945. Bibcode:2014NatCo...5E4945N. doi:10.1038/ncomms5945. PMID 25229329.
70. ^ Kuhlman B, Dantas G, Ireton GC, Varani G, Stoddard BL, Baker D (November 2003). "Design of a novel globular protein fold with atomic-level accuracy". Science. 302 (5649): 1364–8. Bibcode:2003Sci...302.1364K. doi:10.1126/science.1089427. PMID 14631033.
71. ^ Koder RL, Anderson JL, Solomon LA, Reddy KS, Moser CC, Dutton PL (March 2009). "Design and engineering of an O(2) transport protein". Nature. 458 (7236): 305–9. Bibcode:2009Natur.458..305K. doi:10.1038/nature07841. PMC 3539743. PMID 19295603.
72. ^ Farid TA, Kodali G, Solomon LA, Lichtenstein BR, Sheehan MM, Fry BA, Bialas C, Ennist NM, Siedlecki JA, Zhao Z, Stetz MA, Valentine KG, Anderson JL, Wand AJ, Discher BM, Moser CC, Dutton PL (December 2013). "Elementary tetrahelical protein design for diverse oxidoreductase functions". Nature Chemical Biology. 9 (12): 826–833. doi:10.1038/nchembio.1362. PMC 4034760. PMID 24121554.
73. ^ Armbruster BN, Li X, Pausch MH, Herlitze S, Roth BL (March 2007). "Evolving the lock to fit the key to create a family of G protein-coupled receptors potently activated by an inert ligand". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (12): 5163–8. Bibcode:2007PNAS..104.5163A. doi:10.1073/pnas.0700293104. PMC 1829280. PMID 17360345.
74. ^ Siegel, Justin B.; Liao, James C.; Baker, David; Thompson, James; Bertolani, Steve; Marcheschi, Ryan; Tran, Stephen; Mak, Wai Shun (2015-11-24). "Integrative genomic mining for enzyme function to enable engineering of a non-natural biosynthetic pathway". Nature Communications. 6: 10005. doi:10.1038/ncomms10005. ISSN 2041-1723. PMC 4673503. PMID 26598135.
75. ^ Wang Q, Parrish AR, Wang L (March 2009). "Expanding the genetic code for biological studies". Chemistry & Biology. 16 (3): 323–36. doi:10.1016/j.chembiol.2009.03.001. PMC 2696486. PMID 19318213.
76. ^ Davidson, AR; Lumb, KJ; Sauer, RT (1995). "Cooperatively folded proteins in random sequence libraries". Nature Structural Biology. 2 (10): 856–864. doi:10.1038/nsb1095-856.
77. ^ Kamtekar S, Schiffer JM, Xiong H, Babik JM, Hecht MH (December 1993). "Protein design by binary patterning of polar and nonpolar amino acids". Science. 262 (5140): 1680–5. Bibcode:1993Sci...262.1680K. doi:10.1126/science.8259512. PMID 8259512.
78. ^ Walter KU, Vamvaca K, Hilvert D (November 2005). "An active enzyme constructed from a 9-amino acid alphabet". The Journal of Biological Chemistry. 280 (45): 37742–6. doi:10.1074/jbc.M507210200. PMID 16144843.
79. ^ "Synthetic Biology Applications". www.thermofisher.com. Retrieved 2015-11-12.
80. ^ Liu Y, Shin HD, Li J, Liu L (February 2015). "Toward metabolic engineering in the context of system biology and synthetic biology: advances and prospects". Applied Microbiology and Biotechnology. 99 (3): 1109–18. doi:10.1007/s00253-014-6298-y. PMID 25547833.
81. ^ Church GM, Gao Y, Kosuri S (September 2012). "Next-generation digital information storage in DNA". Science. 337 (6102): 1628. Bibcode:2012Sci...337.1628C. doi:10.1126/science.1226355. PMID 22903519.
82. ^ "Huge amounts of data can be stored in DNA". Sky News. 23 January 2013. Archived from the original on 2016-05-31. Retrieved 24 January 2013.
83. ^ Pollack, Andrew (May 7, 2014). "Researchers Report Breakthrough in Creating Artificial Genetic Code". New York Times. Retrieved May 7, 2014.
84. ^ Callaway, Ewen (May 7, 2014). "First life with 'alien' DNA". Nature. doi:10.1038/nature.2014.15179. Retrieved May 7, 2014.
85. ^ ^{a b} Malyshev DA, Dhami K, Lavergne T, Chen T, Dai N, Foster JM, Corrêa IR, Romesberg FE (May 2014). "A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet". Nature. 509 (7500): 385–8. Bibcode:2014Natur.509..385M. doi:10.1038/nature13314. PMC 4058825. PMID 24805238.
86. ^ ^{a b} Verseux, C.; Paulino-Lima, I.; Baque, M.; Billi, D.; Rothschild, L. (2016). Synthetic Biology for Space Exploration: Promises and Societal Implications. Ambivalences of Creating Life. Societal and Philosophical Dimensions of Synthetic Biology, Publisher: Springer-Verlag. Ethics of Science and Technology Assessment. 45. pp. 73–100. doi:10.1007/978-3-319-21088-9_4. ISBN 978-3-319-21087-2.
87. ^ Menezes, A; Cumbers, J; Hogan, J; Arkin, A (2014). "Towards synthetic biological approaches to resource utilization on space missions". Journal of the Royal Society, Interface. 12.
88. ^ Montague M, McArthur GH, Cockell CS, Held J, Marshall W, Sherman LA, Wang N, Nicholson WL, Tarjan DR, Cumbers J (December 2012). "The role of synthetic biology for in situ resource utilization (ISRU)". Astrobiology. 12 (12): 1135–42. Bibcode:2012AsBio..12.1135M. doi:10.1089/ast.2012.0829. PMID 23140229.
89. ^ Hutchison CA, Chuang RY, Noskov VN, Assad-Garcia N, Deerinck TJ, Ellisman MH, Gill J, Kannan K, Karas BJ, Ma L, Pelletier JF, Qi ZQ, Richter RA, Strychalski EA, Sun L, Suzuki Y, Tsvetanova B, Wise KS, Smith HO, Glass JI, Merryman C, Gibson DG, Venter JC (March 2016). "Design and synthesis of a minimal bacterial genome". Science. 351 (6280): aad6253. Bibcode:2016Sci...351.....H. doi:10.1126/science.aad6253. PMID 27013737.
90. ^ ^{a b} Connor, Steve (1 December 2014). "Major synthetic life breakthrough as scientists make the first artificial enzymes". Độc lập . London. Retrieved 2015-08-06.
91. ^ ^{a b} Deamer D (July 2005). "A giant step towards artificial life?". Trends in Biotechnology. 23 (7): 336–8. doi:10.1016/j.tibtech.2005.05.008. PMID 15935500.
92. ^ Gibson DG, Glass JI, Lartigue C, Noskov VN, Chuang RY, Algire MA, Benders GA, Montague MG, Ma L, Moodie MM, Merryman C, Vashee S, Krishnakumar R, Assad-Garcia N, Andrews-Pfannkoch C, Denisova EA, Young L, Qi ZQ, Segall-Shapiro TH, Calvey CH, Parmar PP, Hutchison CA, Smith HO, Venter JC (July 2010). "Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome". Science. 329 (5987): 52–6. Bibcode:2010Sci...329...52G. doi:10.1126/science.1190719. PMID 20488990.
93. ^ "Scientists Reach Milestone On Way To Artificial Life". 2010-05-20. Retrieved 2010-06-09.
94. ^ Venter, JC. "From Designing Life to Prolonging Healthy Life". YouTube. University of California Television (UCTV). Retrieved 1 February 2017.
95. ^ Zu C, Wang J (August 2014). "Tumor-colonizing bacteria: a potential tumor targeting therapy". Critical Reviews in Microbiology. 40 (3): 225–35. doi:10.3109/1040841X.2013.776511. PMID 23964706.
96. ^ Gujrati V, Kim S, Kim SH, Min JJ, Choy HE, Kim SC, Jon S (February 2014). "Bioengineered bacterial outer membrane vesicles as cell-specific drug-delivery vehicles for cancer therapy". ACS Nano. 8 (2): 1525–37. doi:10.1021/nn405724x. PMID 24410085.
97. ^ Piñero-Lambea C, Bodelón G, Fernández-Periáñez R, Cuesta AM, Álvarez-Vallina L, Fernández LÁ (April 2015). "Programming controlled adhesion of E. coli to target surfaces, cells, and tumors with synthetic adhesins". ACS Synthetic Biology. 4 (4): 463–73. doi:10.1021/sb500252a. PMC 4410913. PMID 25045780.
98. ^ I.V. Deyneko, N. Kasnitz, S. Leschner, S. WeissComposing a tumor specific bacterial promoter PLOS One, 11 (5) (2016), p. e0155338, 10.1371/journal.pone.0155338
99. ^ Rice KC, Bayles KW (2008) Molecular control of bacterial death and lysis. Microbiol Mol Biol Rev 72: 85–109.
100. ^ Ganai, S., Arenas, R. B. & Forbes, N. S. Tumour-targeted delivery of TRAIL using Salmonella typhimurium enhances breast cancer survival in mice. Br. J. Cancer 101, 1683–1691 (2009).
101. ^ Jones, B.S., Lamb, L.S., Goldman, F. & Di Stasi, A. Improving the safety of cell therapy products by suicide gene transfer. Front. Dược điển. 5, 254 (2014).
102. ^ Wei P, Wong WW, Park JS, Corcoran EE, Peisajovich SG, Onuffer JJ, Weiss A, LiWA. 2012. Bacterial virulence proteins as tools to rewire kinase pathways in yeast and immune cells. Nature 488: 384–388.
103. ^ Danino, T., Mondragon-Palomino, O., Tsimring, L. & Hasty, J. A synchronized quorum of genetic clocks. Nature 463, 326–330 (2010).
104. ^ Y. Y. Chen, M. C. Jensen, C. D. Smolke, Genetic control of mammalian T-cell proliferation with synthetic RNA regulatory systems. Proc. Natl. Học viện Khoa học U.S.A. 107, 8531 (2010). doi:10.1073/pnas.1001721107 PMID 20421500
105. ^ ^{a b} Bügl H, Danner JP, Molinari RJ, Mulligan JT, Park HO, Reichert B, Roth DA, Wagner R, Budowle B, Scripp RM, Smith JA, Steele SJ, Church G, Endy D (June 2007). "DNA synthesis and biological security". Nature Biotechnology. 25 (6): 627–9. doi:10.1038/nbt0607-627. PMID 17557094.
106. ^ "Ethical Issues in Synthetic Biology: An Overview of the Debates" (PDF).
107. ^ ^{a b} Presidential Commission for the study of Bioethical Issues, December 2010 NEW DIRECTIONS The Ethics of Synthetic Biology and Emerging Technologies Retrieved 2012-04-14.
108. ^ Savulescu J, Pugh J, Douglas T, Gyngell C (July 2015). "The moral imperative to continue gene editing research on human embryos". Protein & Cell. 6 (7): 476–9. doi:10.1007/s13238-015-0184-y. PMC 4491050. PMID 26113289.
109. ^ SYNBIOSAFE official site
110. ^ Schmidt M, Ganguli-Mitra A, Torgersen H, Kelle A, Deplazes A, Biller-Andorno N (December 2009). "A priority paper for the societal and ethical aspects of synthetic biology" (PDF). Systems and Synthetic Biology. 3 (1–4): 3–7. doi:10.1007/s11693-009-9034-7. PMC 2759426. PMID 19816794.
111. ^ Schmidt M. Kelle A. Ganguli A, de Vriend H. (Eds.) 2009. "Synthetic Biology. The Technoscience and its Societal Consequences". Springer Academic Publishing.
112. ^ Kelle A (December 2009). "Ensuring the security of synthetic biology-towards a 5P governance strategy" (PDF). Systems and Synthetic Biology. 3 (1–4): 85–90. doi:10.1007/s11693-009-9041-8. PMC 2759433. PMID 19816803.
113. ^ Schmidt M (June 2008). "Diffusion of synthetic biology: a challenge to biosafety" (PDF). Systems and Synthetic Biology. 2 (1–2): 1–6. doi:10.1007/s11693-008-9018-z. PMC 2671588. PMID 19003431.
114. ^ COSY: Communicating Synthetic Biology
115. ^ Kronberger N, Holtz P, Kerbe W, Strasser E, Wagner W (December 2009). "Communicating Synthetic Biology: from the lab via the media to the broader public". Systems and Synthetic Biology. 3 (1–4): 19–26. doi:10.1007/s11693-009-9031-x. PMC 2759424. PMID 19816796.
116. ^ Cserer A, Seiringer A (December 2009). "Pictures of Synthetic Biology : A reflective discussion of the representation of Synthetic Biology (SB) in the German-language media and by SB experts". Systems and Synthetic Biology. 3 (1–4): 27–35. doi:10.1007/s11693-009-9038-3. PMC 2759430. PMID 19816797.
117. ^ COSY/SYNBIOSAFE Documentary
118. ^ Report of IASB "Technical solutions for biosecurity in synthetic biology" Archived July 19, 2011, at the Wayback Machine., Munich, 2008
119. ^ Parens E., Johnston J., Moses J. Ethical Issues in Synthetic Biology. 2009.
120. ^ NAS Symposium official site
121. ^ Presidential Commission for the study of Bioethical Issues, December 2010 FAQ
122. ^ Synthetic Biology F.A.Q.'s | Presidential Commission for the Study of Bioethical Issues
123. ^ ^{a b} Erickson B, Singh R, Winters P (September 2011). "Synthetic biology: regulating industry uses of new biotechnologies". Science. 333 (6047): 1254–6. Bibcode:2011Sci...333.1254E. doi:10.1126/science.1211066. PMID 21885775.
124. ^ Katherine Xue for Harvard Magazine. September–October 2014 Synthetic Biology’s New Menagerie
125. ^ Yojana Sharma for Scidev.net March 15, 2012. NGOs call for international regulation of synthetic biology
126. ^ The New Synthetic Biology: Who Gains? (2014-05-08), Richard C. Lewontin, New York Review of Books
127. ^ Howard, John; Murashov, Vladimir; Schulte, Paul (2016-10-18). "Synthetic biology and occupational risk". Journal of Occupational and Environmental Hygiene. 14 (3): 224–236. doi:10.1080/15459624.2016.1237031. ISSN 1545-9624. PMID 27754800.
128. ^ "Synthetic biology: A review of the technology, and current and future needs from the regulatory framework in Great Britain". UK Health and Safety Executive. Retrieved 2018-10-18.

Bibliography[edit]

External links[edit]

visit site
site