系统遗传学 - 合成生物学
Systems Genetics - Synthetic Biology

 

邦哲系统生物工程

 

◇系统生物工程

  (systems bioengineeringbiosystem engineering

l     系统生物工程是系统生物科学的工程应用,包括基于系统生物学的医学、农业、工业、环境、海洋乃至空间生物技术及其工程应用开发。1991年中国曾邦哲(曾杰)发表科学的结构与中国的未来专论,1994年发表论系统生物工程范畴,阐述了太阳能-生物-电子技术的未来,以及系统科学、人工智能与基因工程等发展。系统生物学开创于贝塔郎菲的生物系统开放理论或物理学与生物学中的一般系统论与理论生物学,系统科学最初为系统工程,来源于物理学、化学、生物学、心理学等领域的系统理论,系统论、信息论、控制论、协同论、耗散结构论、超循环论等构成的学科体系,并应用于医学与生物工程而产生系统医学与系统生物工程学科。

l       系统生物工程学(systems biotechnology),可简述为仿生工程、基因工程与生物系统论的整合学科,涉及系统科学、信息科学、计算机科学、纳米科学、生物科学、医药科学、认知科学与工程科学等学科的高度交叉与综合。从动物与通讯行为的神经系统、脑科学的智能机器人工程技术开发到细胞信号传导、基因表达调控人工设计的合成生物技术开发,形成了改造生物与仿造生物的两个基本方向,并将在太阳能的生物工程、次生代谢工程、细胞制药厂与生物计算机的开发开创未来的生物材料、生物能源与生物信息化产业。

l       中科院1999年曾邦哲提出把遗传信息系统看作基因组智能(genomic intelligence)可以人工编程与人工进化(artificial evolution),重新设计细胞内复杂生物分子相互作用网络,从而使细胞成为人工生命系统,2002年在德国提出分子模块、细胞器、基因群设计与细胞信号通讯的细胞计算机模型。人工设计与合成基因、基因链、信号传导网络等,对细胞进行工程改造与重编程序,可以做复杂的计算与信息处理,从而细胞计算机又称为湿计算机(wet computer)或活体计算机、细胞机器人等。1993年英国罗斯林研究所Sang博士研究禽类蛋黄表达系统,蛋黄蛋白质在肝脏细胞表达而成为蛋黄成份,而且含量不高;因此,1994年曾(杰)邦哲最早提出了禽类转基因输卵管生物反应器(oviduct bioreactor),并开创了蛋清蛋白质基因侧翼序列表达外源药用蛋白质的研究(Glodegg Plan),从而继哺乳动物乳腺生物反应器之后成为最具发展前景的转基因动物反应器。2003年美国贝克莱大学J.Keasling采用优化代谢途径并在酵母细胞内表达了天然植物药箐篙素分子,从而实现工程微生物代谢工程制药,并开展植物光合作用代谢路径的代谢工程研发。合成生物技术的发展,通过基于系统生物学原理的计算机辅助人工设计与次生代谢链的酶系统基因合成、代谢工程技术,可以将富油生物进行基因工程改造成能够使生物柴油高产量与分泌的转基因生物,从而实现规模化利用太阳能的生物能源产业,美国著名的文特尔私立研究所已经获得几亿美元的投资,一旦成功产业化,生物太阳能将带来石油与汽车工业的技术变革。

l       20世纪未,分子生物学与基因组计划的成功,21世纪伊始,国际系统生物学与医学、生物工程应用的学科在细胞信号传导与基因表达调控水平兴起,并迅速成为全球化现代科技发展热潮。随后,国际、国内的系统生物工程、分子系统生物工程研究机构迅速建立与发展,在细胞、分子层次开发细胞纳米制药厂、生物太阳能仿生等技术新的前景,将带来有机分子元件的计算机芯片与纳米生物机器人时代。

 

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