合成生物学在基础生命科学研究中的应用

摘要：合成生物学作为一门分支学科，对于基础生命科学的研究意义是无法估量的，本文将从合成生物学的几项研究进展，比如说动物生物反应器，PCR扩增技术，DNA合成技术，器官移植，构建遗传密码，转基因生物技术，生物分子电脑等方面着重研究合成生物学在基础生命科学研究中的应用。如果学好合成生物学，那么基础生命科学中的许多问题都可以迎刃而解。

关键词：合成生物学；基础生命科学；研究应用

引言：

合成生物学，是近年来新兴的多学科交叉而成的学科。作为生物科学的学科分支，合成生物学在基础生命科学的研究中起着极其重要的作用。可以说，合成生物学的诞生和发展，为基础生命科学的研究开辟出了新的研究方向和研究思路，将基础生命科学引入了分子层面的研究。笔者就高中阶段的学习内容，总结出了其在生命科学的基础研究中的一些重要应用。可为以后在基础生命科学等领域的深入学习打下基础。

一、动物生物反应器

高中生物教材中提到的乳腺生物反应器，就是一个运用了生物合成技术的成功案例。首先，将目的基因导入动物体基因中，经过一系列操作，最终就能够获得人类所需要的产物，比如含有抗生素或干扰素的乳汁等[1]。此项研究的突破，在于打破了传统的生物壁垒，从真正意义上实现了各物种之间的基因交流，不仅仅提高了药物的产量，也为今后基础生命科学在分子水平上的深入研究打下了良好的基础[2]。

二、PCR扩增技术

高中生物教材上提到的PCR扩增技术，是指运用生物合成的手段，将目的DNA在体外进行扩增。该手段由于成本低廉，扩增迅速，错误率低而在基础生命科学的研究中有着相当重要的作用。再加上现如今最新研发出的利用DNA扩增技术检测胎儿性别这一技术。其在与性别相关的遗传疾病的预防，濒危野生动物的繁殖，重大灾难过后或命案发生后尸体性别的确认，以及古墓主人身份的确定等与基础生命科学相关的工作或研究中都是不可或缺的[3]。

三、DNA合成技术

作为基础生命科学研究的基础工具，DNA合成技术的应用也是十分广泛的。其中最重大的突破莫过于染色体的合成了，这一成果打破了原有的对于染色体盲人摸象式的探索研究，主动合成无异于一次彻头彻尾的研究方向的改革。另外，DNA合成技术对于人类基因组计划的推进也有着极其深远的影响[4]。

四、器官移植

免疫排斥反应和术后并发症是器官移植的常见缺陷。高中阶段接触到的使人耳细胞重新获得全能性，再培养到小鼠背部，就能够培养出与病人身体不产生免疫排斥的器官。除此之外，还有动物体细胞核移植，以及植物体细胞杂交技术，新细胞的合成与培养使生命科学的研究向着更实用的方向发展。这些发现对于研究各器官在体内的实际应用，和临床医学等生命科学研究方面也都有着十分积极的意义。

五、构建遗传密码

新的遗传密码的合成可以定向地生产出人类所需要的带有各种功能的蛋白质以及其他生物活性成分，而不是仅仅局限于从生物体中获取已有的遗传密码或蛋白质。另外，遗传密码的人工合成在遗传学的研究，生物进化的研究，蛋白质空间结构的研究方面都占着十分重要的地位。

六、转基因生物技术

转基因生物技术，顾名思义，就是通过基因合成技术使生物体获得本身不具备的特性，高中阶段常见的有含有鱼抗冻基因的西红柿，含有胡萝卜素的黄金大米等，不过转基因作物的食用安全性目前仍存在着很大的争议。此外，还有我国的杂交水稻之父最新的科研成果，海水稻和无镉水稻。由此可见，转基因生物技术在基础生命科学研究中的地位仍旧不可撼动。

七、生物分子电脑

若将生物比作电脑，那么一个个核酸就是一些精巧的程序代码。合成生物学想要做的是让生命表现出预期的行为，通过创造或改写基因组来达到预期的效果。然而若是程序编写有误，就相当于计算机的操作系统被打破，计算机將无法驱动，类比到生命中就是不正常或死亡。经过反复试验后积累了成功和失败的经验，科学家们逐渐了解了规则和语法，从而掌握了编写生命蓝图的规则。

为了控制合成生命体的行为，我们需要将控制逻辑写入到生命操作系统的基因组中。控制逻辑是一个专业的领域工程，所以合成生物学必须结合其他与基础生物科学相关的学科。

分子生物学和基因工程是合成生物学的基础，因为要把需要的操作系统通过DNA剪接。合成生物学的目标是通过创建或修改基因组的过程来理解生命功能的规律，并将其他概念引入到基础生命科学研究中去。

八、结束语

作为六大自然科学之一，基础生命科学的研究深度与广度，以及与各个领域的不同学科之间极其复杂的交叉都是十分冗杂庞大的。而合成生物学则如同集成电路一般，将生物体进行层层抽丝，剥离出生命本来的样子。本文研究了高中阶段合成生物学在基础生命科学研究中的一些最基本应用，旨在对二者的关系进行一个系统的梳理整合，利于学习参考。由于笔者仍处于高中阶段，知识面有限，对于一些精深的专业问题就不多做探讨，留待以后继续研究。

参考文献：

[1]马延和.合成生物学及其在生物制造领域的进展与治理[J].科学与社会，2014，4（4）：11-25.

[2]商圣哲，赵杰，李宁.转基因动物生物反应器研究及产业化进程[J].生物产业技术，2014（1）：17-25.

[3]吴晓东，张博文，王博楠，等.应用PCR技术扩增SRY基因检测性别[J].赤峰学院学报（自然版），2013（14）：138-141.

[4]冯淼，王璐，田敬东.基因合成技术研究进展[J].生物工程学报，2013，29（8）：1075-1085.