合成生物學(xué)在基礎(chǔ)生命科學(xué)研究中的應(yīng)用

婁浩天

摘要：合成生物學(xué)作為一門分支學(xué)科，對于基礎(chǔ)生命科學(xué)的研究意義是無法估量的，本文將從合成生物學(xué)的幾項研究進(jìn)展，比如說動物生物反應(yīng)器，PCR擴(kuò)增技術(shù)，DNA合成技術(shù)，器官移植，構(gòu)建遺傳密碼，轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)，生物分子電腦等方面著重研究合成生物學(xué)在基礎(chǔ)生命科學(xué)研究中的應(yīng)用。如果學(xué)好合成生物學(xué)，那么基礎(chǔ)生命科學(xué)中的許多問題都可以迎刃而解。

關(guān)鍵詞：合成生物學(xué)；基礎(chǔ)生命科學(xué)；研究應(yīng)用

引言：

合成生物學(xué)，是近年來新興的多學(xué)科交叉而成的學(xué)科。作為生物科學(xué)的學(xué)科分支，合成生物學(xué)在基礎(chǔ)生命科學(xué)的研究中起著極其重要的作用。可以說，合成生物學(xué)的誕生和發(fā)展，為基礎(chǔ)生命科學(xué)的研究開辟出了新的研究方向和研究思路，將基礎(chǔ)生命科學(xué)引入了分子層面的研究。筆者就高中階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容，總結(jié)出了其在生命科學(xué)的基礎(chǔ)研究中的一些重要應(yīng)用。可為以后在基礎(chǔ)生命科學(xué)等領(lǐng)域的深入學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

一、動物生物反應(yīng)器

高中生物教材中提到的乳腺生物反應(yīng)器，就是一個運用了生物合成技術(shù)的成功案例。首先，將目的基因?qū)雱游矬w基因中，經(jīng)過一系列操作，最終就能夠獲得人類所需要的產(chǎn)物，比如含有抗生素或干擾素的乳汁等[1]。此項研究的突破，在于打破了傳統(tǒng)的生物壁壘，從真正意義上實現(xiàn)了各物種之間的基因交流，不僅僅提高了藥物的產(chǎn)量，也為今后基礎(chǔ)生命科學(xué)在分子水平上的深入研究打下了良好的基礎(chǔ)[2]。

二、PCR擴(kuò)增技術(shù)

高中生物教材上提到的PCR擴(kuò)增技術(shù)，是指運用生物合成的手段，將目的DNA在體外進(jìn)行擴(kuò)增。該手段由于成本低廉，擴(kuò)增迅速，錯誤率低而在基礎(chǔ)生命科學(xué)的研究中有著相當(dāng)重要的作用。再加上現(xiàn)如今最新研發(fā)出的利用DNA擴(kuò)增技術(shù)檢測胎兒性別這一技術(shù)。其在與性別相關(guān)的遺傳疾病的預(yù)防，瀕危野生動物的繁殖，重大災(zāi)難過后或命案發(fā)生后尸體性別的確認(rèn)，以及古墓主人身份的確定等與基礎(chǔ)生命科學(xué)相關(guān)的工作或研究中都是不可或缺的[3]。

三、DNA合成技術(shù)

作為基礎(chǔ)生命科學(xué)研究的基礎(chǔ)工具，DNA合成技術(shù)的應(yīng)用也是十分廣泛的。其中最重大的突破莫過于染色體的合成了，這一成果打破了原有的對于染色體盲人摸象式的探索研究，主動合成無異于一次徹頭徹尾的研究方向的改革。另外，DNA合成技術(shù)對于人類基因組計劃的推進(jìn)也有著極其深遠(yuǎn)的影響[4]。

四、器官移植

免疫排斥反應(yīng)和術(shù)后并發(fā)癥是器官移植的常見缺陷。高中階段接觸到的使人耳細(xì)胞重新獲得全能性，再培養(yǎng)到小鼠背部，就能夠培養(yǎng)出與病人身體不產(chǎn)生免疫排斥的器官。除此之外，還有動物體細(xì)胞核移植，以及植物體細(xì)胞雜交技術(shù)，新細(xì)胞的合成與培養(yǎng)使生命科學(xué)的研究向著更實用的方向發(fā)展。這些發(fā)現(xiàn)對于研究各器官在體內(nèi)的實際應(yīng)用，和臨床醫(yī)學(xué)等生命科學(xué)研究方面也都有著十分積極的意義。

五、構(gòu)建遺傳密碼

新的遺傳密碼的合成可以定向地生產(chǎn)出人類所需要的帶有各種功能的蛋白質(zhì)以及其他生物活性成分，而不是僅僅局限于從生物體中獲取已有的遺傳密碼或蛋白質(zhì)。另外，遺傳密碼的人工合成在遺傳學(xué)的研究，生物進(jìn)化的研究，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的研究方面都占著十分重要的地位。

六、轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)

轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)，顧名思義，就是通過基因合成技術(shù)使生物體獲得本身不具備的特性，高中階段常見的有含有魚抗凍基因的西紅柿，含有胡蘿卜素的黃金大米等，不過轉(zhuǎn)基因作物的食用安全性目前仍存在著很大的爭議。此外，還有我國的雜交水稻之父最新的科研成果，海水稻和無鎘水稻。由此可見，轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)在基礎(chǔ)生命科學(xué)研究中的地位仍舊不可撼動。

七、生物分子電腦

若將生物比作電腦，那么一個個核酸就是一些精巧的程序代碼。合成生物學(xué)想要做的是讓生命表現(xiàn)出預(yù)期的行為，通過創(chuàng)造或改寫基因組來達(dá)到預(yù)期的效果。然而若是程序編寫有誤，就相當(dāng)于計算機(jī)的操作系統(tǒng)被打破，計算機(jī)將無法驅(qū)動，類比到生命中就是不正?；蛩劳?。經(jīng)過反復(fù)試驗后積累了成功和失敗的經(jīng)驗，科學(xué)家們逐漸了解了規(guī)則和語法，從而掌握了編寫生命藍(lán)圖的規(guī)則。

為了控制合成生命體的行為，我們需要將控制邏輯寫入到生命操作系統(tǒng)的基因組中?？刂七壿嬍且粋€專業(yè)的領(lǐng)域工程，所以合成生物學(xué)必須結(jié)合其他與基礎(chǔ)生物科學(xué)相關(guān)的學(xué)科。

分子生物學(xué)和基因工程是合成生物學(xué)的基礎(chǔ)，因為要把需要的操作系統(tǒng)通過DNA剪接。合成生物學(xué)的目標(biāo)是通過創(chuàng)建或修改基因組的過程來理解生命功能的規(guī)律，并將其他概念引入到基礎(chǔ)生命科學(xué)研究中去。

八、結(jié)束語

作為六大自然科學(xué)之一，基礎(chǔ)生命科學(xué)的研究深度與廣度，以及與各個領(lǐng)域的不同學(xué)科之間極其復(fù)雜的交叉都是十分冗雜龐大的。而合成生物學(xué)則如同集成電路一般，將生物體進(jìn)行層層抽絲，剝離出生命本來的樣子。本文研究了高中階段合成生物學(xué)在基礎(chǔ)生命科學(xué)研究中的一些最基本應(yīng)用，旨在對二者的關(guān)系進(jìn)行一個系統(tǒng)的梳理整合，利于學(xué)習(xí)參考。由于筆者仍處于高中階段，知識面有限，對于一些精深的專業(yè)問題就不多做探討，留待以后繼續(xù)研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬延和.合成生物學(xué)及其在生物制造領(lǐng)域的進(jìn)展與治理[J].科學(xué)與社會，2014，4（4）：11-25.

[2]商圣哲，趙杰，李寧.轉(zhuǎn)基因動物生物反應(yīng)器研究及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程[J].生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)，2014（1）：17-25.

[3]吳曉東，張博文，王博楠，等.應(yīng)用PCR技術(shù)擴(kuò)增SRY基因檢測性別[J].赤峰學(xué)院學(xué)報（自然版），2013（14）：138-141.

[4]馮淼，王璐，田敬東.基因合成技術(shù)研究進(jìn)展[J].生物工程學(xué)報，2013，29（8）：1075-1085.