它本质上是一种基因工程，可以产生能够改善从医疗保健到农业等各个领域的解决方案。这个令人兴奋的领域发展迅速，预计 2023 年至 2028 年间市场规模将增长 556.1 亿美元。
但合成生物学到底是什么？多年来它是如何发展的？本文探讨了合成生物学的基本思想、实际用途、道德困境以及该行业的未来。
什么是合成生物学？
合成生物学是将工程概念应用于生物学研究。它使科学家能够创造、构建和改变自然界中不存在的生物成分、工具和系统。这可能涉及创造新生命、修改基因以执行特定任务，甚至构建合成生物。
有两个基本支柱支撑它：
- 基因工程: The process of altering an organism’s DNA to produce a desired characteristic, such as making a certain protein or preventing a disease.
- 系统生物学：理解和修改复杂的生物系统，以确保它们在生物体或系统内和谐运作。
然而，是什么让它如此重要呢？这不仅仅是对基因和 DNA 进行修改。与 20 世纪计算机和软件改变世界的方式类似，目标是将生物学变成技术平台。
合成生物学的发展
为了便于理解合成生物学，我们必须了解它的演变过程。合成生物学并非一个全新的概念。它的起源可以追溯到 20 世纪 70 年代基因工程的引入。
但在过去 20 年里，DNA 合成和测序技术的进步将其提升到了一个全新的水平。如今，这一课题已经超越了简单的基因操作，发展到创造具有特殊功能的全新物种。
For instance, did you know that in 2010, scientists made headlines when they used a synthetic genome to create “辛西娅,” the first synthetic organism? The idea that life might be created like software was born out of this breakthrough. It demonstrated that life could be engineered from scratch. Since then, synthetic biology has expanded rapidly, finding use in everything from environmental sustainability to medicine.
合成生物学目前有何用途？
随着互联网的快速发展，它有望改变许多行业。但未来会怎样？根据多种趋势，互联网有望成为解决全球问题的关键组成部分。如今，互联网正在以下重要领域产生影响：
药物
创造新疗法是合成生物学提供的最佳答案之一。例如，开发能够对抗癌症等疾病的微生物和基因疗法都严重依赖于它。
It gets more intriguing. Did you know synthetic biology can create personalized medicine for patients? The course of treatment is customized based on the patient’s unique genetic composition. And one such example is CAR-T treatment, which treats certain cancers by using T-cells that have been altered. Not only that, but it is also involved in the creation of vaccines using 疫苗生物反应器. 其在制药行业的应用不容忽视。
农业
根据 美国环境保护署 研究表明，农业对气候变化高度敏感。还有其他因素也会影响农业，如害虫和疾病。这反过来又会影响作物的质量和产量。合成生物学可以解决这个问题，它有助于培育出对这些因素更具抵抗力的作物。因此，由于这些转基因作物的存在，未来农业可能不再需要危险的肥料和杀虫剂。
此外，合成生物技术还可以运用固氮细菌的概念。它涉及制造能够从空气中固定氮并为植物提供重要营养的人工微生物。最终，它减少了对化学肥料的需求，从长远来看，这意味着民众更加健康。
环境可持续性
合成生物学正在推动环境可持续性方面的创新。例如，人们正在开发人工微生物来协助清理漏油和分解塑料垃圾。
作为化石燃料的潜在替代品，企业也在利用合成生物学从藻类和其他可再生资源中生产生物燃料。得益于合成生物学，我们对不可再生能源的依赖可能会大大减少，因为这些生物燃料可以改善我们的环境可持续性目标。
工业生物技术
合成生物学也是改变工业过程的前沿。为了提高食品制造、化妆品和药品等领域的化学反应效率，引入了通过合成工程制成的合成酶。
一个众所周知的例子是肉类替代品的生产。企业已经用它来生产具有真肉风味和稠度的植物性肉类替代品。
另一个例子是通过生物合成过程生产胰岛素。胰岛素以前是从动物胰腺中提取的，这个过程既昂贵又低效。如今， 制药行业利用生物合成是合成生物学的一个分支，通过基因改造细菌来制造胰岛素。除了更经济之外，这一过程还可以实现更大规模的生产。
合成生物学的未来
合成生物学正以爆炸式增长，预计将改变许多行业。但它的未来又会如何呢？根据多种趋势，合成生物学仍将是解决全球问题的关键。
先进制造与生物工程
利用生命系统生产材料和按需合成生物分子可能会改变制药、农业和能源等领域。制造商可以利用合成生命创造多功能、反应灵敏的材料，这些材料可以感知并响应周围环境的变化。
然而，一些问题仍未得到解决，特别是在扩大生产能力、增强宿主平台和一般工业实践方面。这些都是必须跨越的障碍，才能充分释放合成生物学的价值。
精准医疗
合成生物学或许蕴藏着让精准医疗更便宜、更易获得的机会。随着 DNA 测序成本不断下降，更多患者将能够获得根据其自身独特基因组成专门设计的定制药物。
生态生产
合成生物学可以通过用基于石油的工艺取代生物工艺来实现生产脱碳。这可以实现循环经济和更可持续的经济，减少浪费，因为它可以实现资源的最佳利用。
与人工智能和自动化的集成
合成生物学在未来极有可能需要使用人工智能和自动化系统。合成生物学将利用这些技术缩短生物工程中的设计-构建-测试周期，从而更快、更准确地产生新的生物系统。
合成生物学的好处
- 通过合成生物学，人们可以开发癌症等疾病的新疗法、基因疗法、个性化药物和重新编程的 T 细胞。
- 合成生物学可用于开发对环境影响更小的替代肥料、提高产量并培育具有驱虫作用的作物。
- 这一过程使得开发能够减少污染或从废物中产生能量的微生物变得更加可行，从而促进更清洁的能源和废物最小化。
- 合成生物学使我们能够生产从自然界现有状态中获取的成本昂贵的物质，从而能够使用更少的自然资源生产复杂的化学品、药物和材料。
- 它有助于提供高质量的生物材料，以可持续和多功能地替代各个行业的传统材料，例如：电子、建筑或纺织；
- 通过合成生物学，生物工程生物可以为传统农业提供可持续的替代方案，有助于生产合成蛋白质和其他食品成分。
总而言之，合成生物学促进了各个领域的创新、可持续性和效率。
合成生物学行业面临的挑战
Although synthetic biology has a lot of potential, there are a number of issues that should be carefully considered. What are these obstacles, and how might they impact this developing field’s future?
1.安全问题
安全是主要问题。科学家用于基因改造的生物体或他们自己设计的生物体经常可能表现出某些不可预测的行为方式。例如，如果人造微生物被释放到环境中会发生什么？它会伤害人类、动物或植物，甚至破坏生态系统吗？
即使专家们试图将安全功能融入到他们的创造物中，科学家自己也无法预测一切。这就要求严格执行生物安全法，并强制进行持续监督，以确保人造生物在相互作用中不会造成伤害。
2. 道德困境
The ethical implications of synthetic biology present yet another significant obstacle. Is the creation of new life forms morally acceptable? Some fear that there is a limit to the manipulation of life’s fundamental components.
For example, the dilemma of how far humankind should go in “playing God” arises when scientists build synthetic life. It is even more worrying when it comes to developing living forms that could be utilized by people, such as artificial organs or gene-editing therapies.
此外，这些新生命形式的权利归谁所有？科学家或企业有权为生物制品申请专利吗？由于并非每个人都能平等地使用这些突破性技术，这引发了对知识产权和全球公平的担忧。
3. 监管障碍
除了安全和道德问题之外，监管环境还带来了其他困难。合成生物学是如何监管的？
由于该领域尚属新兴，因此当前的框架和规则往往无法充分解决这些技术的复杂性。尽管世界各国政府都在努力追赶，但合成生物学的发展速度却非常快。
例如，合成生物学比几十年来一直受到管制的转基因生物 (GMO) 更进了一步。监管机构必须在制定新法规并确保跟上创新速度的同时，平衡公共安全和科学进步。
4. 技术限制
Even though synthetic biology has advanced significantly, technical difficulties still exist. Building new biological systems, for instance, is more complicated than putting together components of an engineered system, such as an automobile. Systems in biology are far more intricate and uncertain. A synthetic organism’s entire system may be impacted in unanticipated ways when a single component is altered.
此外，尽管 DNA 合成的成本越来越低，但其高昂成本仍可能限制合成生物学研究的开展。尽管研究人员正在研究更有效的工具和技术，以便更快地创建和测试这些系统，但这一过程仍然昂贵且耗时。
5. 公众认知和接受程度
Public perception presents still another significant obstacle. Most people don’t know much about synthetic biology and this is quite uncomfortable, especially if when it comes to genetically modifying species or changing human DNA. The public’s misperception or fear is a ticket to opposition of the technology, and this is a great impediment to its uptake and advancement.
The scientific community’s ability to effectively convey the advantages of synthetic biology and provide public fears will be crucial to its success. Developing openness and trust will be essential to winning over many people.
6. 环境风险
我们不能否认合成生物学带来的环境危害。想想如果人造生物意外逃脱并战胜野生物种会发生什么。虽然实验室制造的一些生物在完成其使命后会分解，但其他一些生物可能会以意想不到的方式存活下来并传播开来。
以用于降解塑料的人工微生物为例。如果它们失控生长，可能会以意想不到的方式破坏自然生态系统。我的建议是，合成生物学家需要在环境保护和创新之间取得平衡。
合成生物学如何彻底改变化妆品成分？
随着合成生物学的发展，化妆品行业受益匪浅。这是可能的，因为合成生物学使得以更合乎道德、更高效和更生态的方式生产必需化学品成为可能。例如，胶原蛋白、棕榈油、角鲨烯、生物活性肽和几种注射剂是化妆品中常见的物质。这些产品现在可以通过合成生物学制造，如下所述：
胶原
胶原蛋白对护肤至关重要。它会让你的皮肤变得柔软有条理。胶原蛋白历来来自动物，但如今通过合成生物学的新创新正在产生影响。企业现在可以在实验室中生产重组胶原蛋白。这种合成胶原蛋白更安全、纯净，与人体皮肤中的天然胶原蛋白生物相同，这使其成为化妆品的优质替代品。与来自动物的胶原蛋白不同，它是通过精确发酵制成的，这也减少了对环境的影响。
棕榈油
根据 CTPA 可持续发展中心约有 70% 的化妆品含有棕榈油。然而，使用棕榈油对我们的环境和道德都构成了重大担忧。为了应对这一问题，使用合成生物学的公司正在创造可持续的棕榈油替代品。他们可以生产类似于棕榈油的物质，而不会危害导致森林砍伐的环境。这种方法采用了改良的微生物。
角鲨烷
除了保湿之外，角鲨烷还具有出色的润肤特性。该产品取自植物、动物甚至人体中的脂质，但主要来自鲨鱼肝脏。多年来，这引发了道德问题。但多亏了合成生物学，企业现在可以发酵甘蔗来制造生物相同的角鲨烷。除了提供可持续的替代品外，这种方法每年还能拯救数百万只鲨鱼。
生物活性肽
您想降低胆固醇、抵抗细菌、减少氧化应激并改善皮肤和头发吗？那么您的身体中必须有生物活性肽。这些肽在牛奶、肉类、鱼类和鸡蛋等蛋白质中很常见。不过，合成生物学提供了更多获取这些蛋白质的方法。此外，这些生物技术开发的肽在护发产品和抗衰老乳液等产品中非常有用，因为它们可以在分子水平上修复损伤。
注射剂
通过基因改造细菌，科学家可以制造可注射的透明质酸。此外，合成生物学正在利用精确发酵来制造肉毒杆菌等美容注射剂。这些注射剂是安全的，并且是美容手术中使用的高品质注射剂。
结论
With its ability to treat environmental pollutants, produce sustainable food, cure diseases, and lessen dependency on fossil fuels, synthetic biology holds the potential to completely transform the globe. Even though the field is still relatively new, its quick development indicates it will have a big influence. But it’s important to proceed cautiously, just like with any new technology.
必须充分考虑产生新生命形式的伦理影响、可能的环境危害以及治理和监管的困难。为了以安全和公平的方式实现合成生物学的优势，科学家、决策者和公众之间进行开放和包容的对话至关重要。
您准备好推进您的合成生物学事业了吗？ 发酵罐中国, find an extensive selection of excellent equipment made to satisfy all of your fermentation requirements! Investigate our cutting-edge solutions to improve your production and research capacities right now. Don’t wait; stop by right now to find out how we can help you on your synthetic biology journey!
简体中文 
English 
Español 
Русский