高中生深度探索：合成生物学视角下的21世纪挑战应对策略

年级：高中二年级

姓名：倪同学

指导老师：杨老师

成果简介：合成生物学是一门新兴的前沿学科，也是未来生物学研究的重要发展方向。但目前国内知道他的人并不多，高中生就更少了。通过这次调研，我对他有了初步的了解。因此，我会根据这次所学的知识，查阅文献，从一个高中生的角度来介绍一下合成生物学。

摘要：合成生物学是一门新兴的前沿学科，也是未来生物学研究的重要发展方向。但现在全国都知道他了

人不多，高中生就更少了。通过这次的调研，我对此有了初步的认识。

理解并认识。因此，我会根据这次所学的知识，查阅文献，从一个高中生的角度来介绍一下合成生物学。

关键词：合成生物学；尖端技术

1. 合成生物学：新千年的科学技术

世纪之交出现了一种新的研究格局，其中生物科学的地位日益突出，几十年前还无法想象的技术现在似乎成为可能。然而，新世纪面临着新的挑战。随着世界人口的增加，出现了气候变化、粮食和能源需求增加、疾病传播等一系列新问题。许多科学家和工程师相信，新世纪的一些挑战可以通过新兴的、具有潜在变革性的合成生物学学科来解决。合成生物学是一门新兴学科，它将科学和工程方法结合起来进行生物研究和操作。尽管合成生物学仍处于“起步阶段”，其核心研究内容主要局限于寻找和提炼能够执行特定基因功能或生化功能的生物成分，以及改进DNA合成和构建的方法，但其目标却雄心勃勃。合成生物学家希望设计和构建合成生物系统，最终用于工业制造、食品生产，并改善全球健康。一般来说，合成生物学是指利用工程原理设计和构建新的生物成分和系统，并重新设计现有的天然生物系统以达到有益的目的。它源于生物学及相关领域一个世纪的研究，但又离不开工程、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）它是一种新颖的生物学研究方法。与探索生命机制的传统方法完全相反，合成生物学专注于定制细胞、生物体和活体生物体的生产。 (2)应用工程方法生产生物体。合成生物学通常应用工程原理来设计执行特定功能的简化生物元件。 (3) 依赖无等级的研究和商业化网络。合成生物学正在朝着横向和全球性的研究方法发展，通过社交网络吸引了来自世界各地的年轻科学家。（四）需要回应社会关切。合成生物学是一门新兴学科和技术，需要充分考虑该技术的伦理、法律和社会影响，以及对其生物安全、监管和知识产权的担忧。

2.我国合成生物学发展战略

中国相信合成生物学将带来科技驱动的新一轮经济增长，因此力争成为该领域的国际领先者。目前，我国合成生物学每年研发投入达2.6亿元，每年发表合成生物学论文400多篇，约占全球总量的10%，被引次数排名全球第七。中国制定了合成生物学战略路线图，规划了技术、产业应用、医药、农业等领域的中长期目标。未来5年，建立标准部件数据库，形成生物部件设计的计算能力；形成化学品、生物材料模块化设计和生产能力；并验证可增强植物耐旱性和耐碱性的生物成分的设计。未来10年，标准组件数据库将得到扩展，以创造设计生物系统的计算能力；某些化学品和生物材料的商业生产；合成固氮装置的验证设计。未来20年，将形成生物系统设计、建模、验证一体化平台；许多天然化合物、药物、化学品和生物燃料将进行商业化生产；生物元件和系统应用于临床检测、控制和治疗重大疾病；创造人造微生物。

3、合成生物学带来的机遇

合成生物学将带来新一轮的产业发展浪潮。该行业在合成生物学方面投入巨资，相信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对产品和物质开发产生革命性影响。到21世纪第一个十年中叶，全球约有3000家生物技术公司，其中基因合成公司遍布五大洲，每年生产约5万个基因。生物制品具有重要的经济意义。

4、合成生物学发展面临的挑战

1.技术挑战。合成生物学的发展面临组件和应用、互操作性、测量、量产成本控制、工具和软件等方面的挑战。在组件和应用方面，开发大量标准化、模块化、行为可预测的生物组件，并广泛适用是一个迫在眉睫的挑战。尽管已经对数千种生物成分进行了编目，但可重复且可靠的生物成分尚未广泛获得。在互操作性方面，合成生物学发展的关键之一是开发标准化的生物组件，这些组件可以像模块一样可靠地组装并进行适当的调整。

2、监管问题。科学往往比政策进步得更快，而且合成生物学的边界在不断变化，因此应尽早关注与合成生物学治理和监管相关的问题。