書籍閱讀:簡談合成生物學(Synthetic Biology)

Synthetic Biology: A Very Short Introduction

又挑了一本牛津出版社A Very Short Introduction的書來閱讀,此本是針對合成生物學(Synthetic biology)的入門簡介,作者傑米.戴維斯(Jamie A. Davies)為愛丁堡大學實驗姐頗學教授,本身的研究專注在使用合成生物學工具來理解胚胎發育和組織工程的應用,其還有一本再談胚胎發育的科普書Life Unfolding

這本書的內容大致有以下的章節:

  • 合成生物學:從分析到創造
  • 合成生物學的核心
  • 於環境的應用
  • 於醫學的應用
  • 於工程上的應用
  • 於基礎醫學上的應用
  • 創造生命
  • 文化衝擊

對許多人來說,即使是身處生物醫學領域的人也不一定有聽過合成生物學,但這實際上是個非常重要的領域,書中以英國的角度來說,其前英國大學及科學國務大臣大衛威利茲(David Willetts)則說過,合成生物學是英國未來八大領域中重要的一環。

The Eight Great Technologies

這本書起頭談論了許多一兩百年前的科學家和實驗,回朔式地去整理可以歸結在合成生物學領域的研究,這邊的合成生物學其實是在談論探索科學的方式,最常見的方式是用觀察和分析的方式來理解生物,但另一種方式,如何創造或是合成來理解生命,則是歸結在合成生物學的領域之中。

生命能否單純用物理化學來解釋呢?這算是科學家們很好奇的一個問題,而從很早以前,就開始有許多科學家用各種實驗來探索生物世界底層的邏輯

  • 觀察分析 :一開始,最簡單的方式就是直接對這些生物世界做出觀察,所以在當實驗分析儀器還不那麼進步的時候,最多的實驗都是以觀察和收集資料為主,甚至如今大多數的生物醫學研究也是這類型的。
    • 1850 孟德爾(Mendel)的碗豆實驗 •
    • 1868 米歇爾(Friedrich Miescher)核酸分離實驗
    • 1953 華生(James Watson)與克拉克(Francis Crick)發現DNA結構
  • 合成創造 :另一種探索知識的方式便是主動去創造跟有興趣的目標相關的機制,如同工程領域的觀念,唯有你可以造出一個車子,才代表你對這部車子真的理解了,而直到分子生物學的許多技術發展出來,才真的慢慢開始能去改造甚至合成生物世界的一些蛋白質。
    • 1828 維勒(Friedrich Wohler)尿素合成實驗:
      在老早以前,總認為不能從無機物合成有機物質,直到這個尿素實驗,才慢慢推進這個想法。
    • 1912 史蒂芬(Stephane Leduce), La Bioloogie Synthetique
      這本書算是合成生物學這詞彙第一個出現的地方,整本書在用各式各樣的方式去模擬生物系統,主不過大都停留在外觀層面的樣貌。

近代的合成生物學

生物系統中,蛋白質作為核心功能的執行分子,可以藉由調控相關路徑中的蛋白質,來達到目標的效果。 而近代的合成生物學便是以此為基礎來達成各式各樣可以說是“充滿想像力”的事情。

比如可調控的基因開關

設計成振盪器的基因迴路

合成生物學在醫療的應用

柏克萊大學生醫工程教授Jay Keasling實驗室開發許多合成生物學相關的主題,其中一個是改造酵母菌的代謝路徑,使其能具有跟黃花嵩一樣將糖代謝成青蒿素的原料。

原本在蘇黎世聯邦理工學院的Christia Kemmer博士,其利用合成生物學的技術將大腸桿菌內設計出能根據環境尿酸濃度,做出回饋,表現出尿酸代謝酶的基因,並且在尿素濃度降低後,關閉基因,目前Christia Kemmer博士已在一家生技公司BioVersys AG開發新型態的治療藥物

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