刘陈立/赵国屏：开拓“定量合成生物学”新范式，驱动复杂生物系统的理性设计

来源：生物世界 2024-08-01 09:31

中国科学院深圳先进技术研究院刘陈立研究员与中国科学院分子植物科学卓越创新中心赵国屏研究员在 Nature 旗下综述期刊Nature Reviews Bioengineering上发表了题为：QuantitativeSynthetic Biology的评述文章。在国际上首次阐释 定量合成生物学 这一新领域方向的研究范式与学科内涵，为合成生物学的下一步发展提出了建议。

合成生物学正成为推动下一代生物制造和生物经济发展的强大引擎。近二十年来，随着DNA合成、基因编辑等技术的不断革新，人们构建合成生物系统的能力迅速提升，但作为构建基础的设计能力仍然十分有限。由于生物系统的复杂性，即使各个元件的功能已知，它们组合在一起所产生的系统却不一定会表现出预期的功能。要理性设计具备特定功能的合成系统，必须对自然系统功能涌现的原理有深刻理解，而这是迄今为止的合成生物学研究鲜少涉及的。

目前，大部分合成生物系统的构建主要依靠人工反复试错，这种方法速度慢、效率低，极大限制了合成生物学的发展。因此，合成生物学目前面临的最大挑战之一，就是如何提高理性设计的能力。只有当设计能力与合成能力有效协同时，合成为设计提供验证，设计为合成提供指导，形成 设计-合成-测试-学习 的闭环，才有望可靠地、高效地构建更加精密复杂的生物系统。

因此，合成生物学需要发展更为成熟的理论和方法体系，为生物系统的理性设计提供指导 合成生物学有必要向定量合成生物学的新高度上升。作者提出，所谓理性设计，就是基于 预测 的设计。当把生物分子、基因、线路组合为合成生物系统时，如果能对系统的行为与功能作出精确预测，就能预知如何构建系统才能得到预期的功能，从而避免反复试错。