合成生物學:生命科學的“利器”
合成生物學,能利用大腸桿菌生產大宗化工材料,擺脫石油原料的束縛;酵母菌生產青蒿酸和稀有人參皂苷,降低成本,促進新藥研發;工程菌不“誤傷”正常細胞,專一攻擊癌細胞;創制載有人工基因組的“人造細胞”,探究生命進化之路;利用DNA儲存數據信息并開發生物計算機……作為科學界的新生力量,合成生物學進展迅速,并已在化工、能源、材料、農業、醫藥、環境和健康等領域展現出廣闊的應用前景。
探究生命起源演化
解讀“密碼”改造自然
生命是世界上最復雜的物質存在。人類自誕生以來,就在認識生命的漫漫長途中上下求索。從中國古代的《黃帝內經》和《本草綱目》,到西方近代博物學家對動植物分類,人類對于生命現象的認識,都是從對生命體的“宏觀”觀察、“表觀”描述而獲得的經驗型邏輯總結。另一方面,對于譬如尿素之類的“有機物”,化學家們也認為只能由生物體在一種神秘的“生命力”作用下產生。
1828年,德國化學家弗里德里?!ぞS勒無意在無機實驗中合成了尿素,揭開了人工合成有機物的“合成化學”序幕。也就是從19世紀后期到20世紀前半葉,基于數理化技術與方法的實驗科學催生了認識生命共同本質的細胞生物學、生物化學、遺傳學和發育生物學,而進化論的誕生,則最先將人類對生命的認識,提升到了理論的高度。
20世紀中葉,隨著DNA雙螺旋結構的發現,分子生物學“中心法則”的確立,人類開始找到生命現象的“密碼本”。而生命另一類基本分子,具有生理活性的蛋白質牛胰島素一級結構的解析,直接導致了我國科學家于60年代完成其全人工合成,即世界上首次人工合成蛋白質。在同一時代,DNA測序技術的建立,實現了人類“讀基因”的夢想;DNA重組技術的建立,實現了人類“寫基因”的夢想;再加上在基因定向突變與敲除基礎上的“編基因”夢想的實現,分子生物學及基因工程技術在上世紀80年代,將生命科學推向了歷史上第一次革命的頂峰。