admin 研究主题：应对21世纪挑战的合成生物学
学校：苏州外国语学校
年级：高二
姓名：倪同学
讲师：杨老师
成果介绍：合成生物学是新兴的前沿学科，是未来生物学研究的重要发展方向。
但目前国内对他了解的人并不是很多，高中生更是少之又少，我也是通过本次研究性学习对它的学习研究，才对其有了初步的了解和认识。因此我将基于本次学习的知识，加以查阅文献资料，以一个高中生的视角，简介合成生物学。摘要：合成生物学是一门新兴的前沿学科，是未来生物学研究重要的发展方向。但目前国内对他了解
的人并不是很多，高中生更是少之又少，我也是通过本次研究性学习对它的学习研究，才对其有了初步的
了解和认识。因此我将基于本次学习的知识，加以查阅文献资料，以一个高中生的视角，简介合成生物学。
关键词: : 合成生物学;前沿技术
一、合成生物学：新千年的科学技术
新的研究格局在世纪之交已经呈现，其中生物科学的地位日益凸显，数十年前还不敢想象的技术现在似乎可以实现。但是，新世纪面临着新挑战。世界人口日益增加，气候变化、粮食和能源需求增加、疾病传播等一系列新的问题随之出现。许多科学家和工程师认为，可以通过合成生物学这一新兴而又具有变革潜力的学科应对新世纪面临的部分挑战。合成生物学是一门将科学和工程方法相结合进行生物学研究和操控的新兴学科。虽然合成生物学还处在“幼年期”——其核心研究内容主要局限于寻找和提炼可执行具体基因功能或生物化学功能的生物元件，并改善 D N A 合成和构建的方法——但目标远大。合成生物学家们希望设计并构建人工合成的生物系统，最终用于工业制造、粮食生产，并提高全球健康水平。一般而言，合成生物学是指运用工程学原理，设计和构建新的生物元器件和系统，并重新设计现有的、天然的生物系统，用于有益目的。它源于生物学及相关领域一个世纪的研究成果，但离不开工程学、计算科学、信息技术等领域的重大突破。
合成生物学具有以下重要特点：（1）它是生物学研究的新颖方法。与传统的生命机制探索方法完全相反，合成生物学注重生产定制化的细胞、有机体和生命体。（2）应用工程学方法生产生命体。合成生物学通常应用工程学原理设计执行特定功能的简化的生物元素。（3）依赖于非等级化的科研和商业化网络。合成生物学向着横向的、全球化的研究方式发展，通过社交网络，它吸引了世界各地的年轻科学家。（4）需要响应社会关切。合成生物学是新兴的学科和技术，需要充分考虑该技术的伦理、法律和社会影响，以及人们对其生物安全、监管和知识产权问题的关切。
二、我国合成生物学发展战略
中国认为合成生物学将带来技术推动的新一轮经济增长，因此努力成为该领域的国际领先者。目前，中国每年对合成生物学的研发投资达到 2.6 亿元，每年发表合成生物学论文 400 余篇，约占世界总量的10% ，论文被引次数居全球第 7。中国已经制订了合成生物学战略路线图，规划了技术、工业应用、医学和农业等方面的中长期目标。未来 5 年，将建立标准元件数据库，形成设计生物元器件的计算能力；形成化学品和生物材料的模块化设计和生产能力；对可增强植物耐旱性和耐碱性的生物元件进行验证设计。未来 10 年，将扩大标准元器件数据库，形成设计生物系统的计算能力；商业化生产某些化学品和生物材料；对合成固氮器件进行验证设计。未来 20 年，将形成生物系统设计、建模和验证一体化平台；商业化生产众多自然化合物、药品、化学品和生物燃料；临床应用生物元件和系统，用于检测、控制和治疗主要疾病；创造人工微生物。
三、合成生物学带来的机遇
合成生物学会带来新一轮产业发展浪潮。产业界大量投资合成生物学，认为伴随着基因组学和系统生物学的不断进步，合成生物学将通过生物制造给产品和物质开发带来革命性影响。到 21 世纪头十年的中叶，全球就约有 3000 家生物技术公司，其中基因合成公司遍及五大洲，每年生产约 5 万条基因。生物产品在经济上举足轻重。
四、合成生物学发展面临的挑战
1、技术挑战。发展合成生物学在元件及应用、互操作、度量、量产成本控制、工具及软件等方面面临挑战。在元件及应用方面，开发一大批标准化、模块化、行为可预测、可广泛应用的生物元器件是近在眼前的挑战。尽管有数以千计的生物元件已编目，但可重复且可靠的生物元件并非广泛可用。在互操作方面，合成生物学发展的关键之一是开发出标准化的生物元件，像模块一样可靠地组装，视情调整。
2、监管问题。科学进展往往快于政策制定，同时合成生物学的界限也在不断变化，因此在早期就应关注与合成生物学治理和监管相关的问题。
3、知识产权问题。合成生物学在现有或新的知识产权体系下能否蓬勃发展是研究人员关注的一个重大问题。鉴于已经开发的合成生物元件数量巨大，并且企业对商业化产品开发有浓厚的兴趣，解决知识产权问题异常重要。包容问题。合成生物学是交叉性学科，既产生于多个学科，又回馈于这些学科。持续包容对于合成生物学的持续发展十分重要。
五、结语
作为未来生物学重要的发展方向，合成生物学既拥抱着发展机遇也面临着许多挑战。通过这次的研究性学习，我深刻的认识到要把握住合成生物学的未来，让祖国在合成生物学的领域中占得先机。未来我也将继续研究和关注合成生物学的知识，希望有朝一日为祖国的建设添砖加瓦。
参考文献
[1].赵国屏.合成生物学: 开启生命科学“会聚”研究新时代. 中国科学院院刊, 2018, 33: 1135–1149
[2].邓子新.合成生物学趁最好时代, 建物致知, 建物致用. 生命科学, 2019, 31: 323–324
研究性学习平台：华东理工大学iGEM合成生物学-理科-研究性学习平台