SCIENCE AND PHILOSOPHY OF BIOSYSTEM

系统生物科学与工程
-- 合成生物学与转基因系统生物技术 --
曾(杰)邦哲

  • 20世纪,实证科学、分析哲学发展到系统科学、综合哲学[1,3]。系统生物科学,最早开创于贝塔郎菲的理论生物学和一般系统论。生物系统科学,探讨分子、细胞、器官、群落等各层次系统的结构、图式等原理与应用,尤其是心智、遗传信息系统[1,4]与医药学、电脑技术研究,采用实验分析、系统逻辑的双重方法论。

  • 坎农、贝尔纳从体液稳态机理,发展了系统思维,系统生物工程[4],采用系统方法探索生物系统的工程技术,包括生态、遗传、仿生、智能工程等几方面,将带来转基因生物、生物反应器、生物计算机、中医药科技、天然药物的筛选等的一场技术革命。

  • 经历经典、分子和图式遗传学[9]三个发展阶段,探讨物种的基因设计蓝图、生物体及基因组结构、功能(发育调控)的发生演变,为心智和遗传的生物系统工程改造与仿造生命提供了逻辑、理论依据。

  • 生物进化 - 系统发生,从原始细胞起源到多细胞真核动物,三胚层动物形成了神经、免疫、分泌经由受体、信息分子双向通讯、相互调控,以及消化、泌尿、呼吸与循环动态平衡的系统结构框架[2]。个体发育 - 个体发生,是细胞分裂、分化的基因组程序化表达过程,基因组的结构、功能和演变是生命分子合成、降解和细胞分裂、分化、凋亡的遗传基础。行为刺激模式与多基因联锁、连续诱导的程序表达,建构神经元网络、分层化及可塑变化、发育的结构[2,5]。自复制、自组装、自学习(适应)生物系统的结构、系统、图式遗传规律,蕴含着巨大的技术、经济前景和社会、伦理学意义。

  • 20世纪60年代,生物工程学是指人工器官的生物医学工程、生物化学的发酵工程。随着70年代科恩、博耶的DNA重组实验,80年代人工智能、神经网络计算、生物分子芯片概念的兴起,形成了改造与仿造生命的系统生物工程,将带来生物电脑、工业生态、智能机器、系统医学[2,9]的未来。

  • 系统生物工程(System Biological Engineering)[4],最初1991年称为太阳 -生物 -电子(SBE)技术[1],包括:1)、细胞繁衍、微生物发酵、工业生态等生物化学、生态工程,2)、细胞杂交、基因重组、转基因生物反应器等胚胎发育、遗传工程,3)、生物传感器、固定化酶、固定化核糖体、高分子元件、DNA纳米计算机等生物医学、仿生工程,4)、遗传代数运算、人工神经网络等生物计算、智能工程,等领域。

  • 21世纪,生物 - 医学模式发展到社会 - 心理 - 生物医学模式[2],物理 – 化学工业的实验、动力模式转换成为生物 -化学 - 物理工业的系统、有机模式[10]。从英国工业革命发展到工业网络化、城市生态化的无污染、无烟化生态、工业系统藕合、循环、再生的工业生态工程,将诞生的是自然、工业、人文之间的协调和谐,而传统药物的现代生物工程技术开发将成为生物高科技产业化的增长点。

  • 系统生物科学(System Bioscience)采用系统科学的方法论,探索分子、细胞、器官、群体层次的生物系统。细胞是生物体结构、功能、发生、演变的基本单元,每个细胞拥有生物个体的全套遗传基因;因此,干细胞全能性、细胞发生动力学,成为了生命科学的前沿,基因组测序、转基因、动物克隆技术的诞生,带来了破解生物发生的遗传逻辑、基因程序的可能性。

  • 以系统论为依据的图式遗传学(Pattern Genetics)[11]对基因群体、信号传导网络与细胞发生的再生、分化、凋亡系统的动力学分析,探索生物体细胞图谱、细胞谱系的形态发生机理;因此,为肿瘤、衰老、心血管、精神和遗传疾病发生与治疗提供了系统分析的理论与技术方法基础。

  • 1994年曾邦哲首创了转基因禽类输卵管生物反应器(Oviduct Bioreactor)的概念,阐述了采用禽类输卵管特异性表达的卵清蛋白基因侧翼序列,构建转基因载体,在禽蛋蛋清表达外源蛋白的明晰、系统思路[6-8,10,11]。

  • 1998年国内外数家公司和大学的实验室,比如,美国Avigenics等公司1996年与曾邦哲(1stICTA秘书长)通讯后,开始了输卵管生物反应器(Oviduct Bioreactor)的研究开发;但是,禽类转基因研究,仍存在转基因效率、整合、表达、稳定、传代的技术瓶颈,采取图式遗传学的方法,可以开创转基因技术路径和中医药研究、生态农业开发的现代化。(English Version

    1)、曾(杰)邦哲,科学的结构与中国的未来,自然信息,No.5, 1991年10月.
    2)、曾(杰)邦哲,论中西结合全息医学人体结构模式(系统医学),首届全国中西医学比较研讨会,医学与哲学,广州,1992年4月.
    3)、B. J. Zeng, Structurity - the Pan-evolution theory, 93' Wuhan International congress of philosophy and logic of science, Wuhan University, Oct. 1993.
    4)、曾(杰)邦哲,论系统生物工程范畴,转基因动物通讯,No. 6, 1994年6月.
    5)、B. J. Zeng, The rhythems stability model of animal development, 94-Symposium for Yong Chinese Developmental Biologists, Beijing, China, Oct. 10-15, 1994.
    6)、曾邦哲,转基因动物表达系统 - 转基因蛋战略(Goldegg Plan)(系统遗传学),转基因动物通讯,No. 11, 1994年11月.
    7)、曾(杰)邦哲. 转基因鸟类输卵管药物表达反应器, 转基因动物通讯, No. 3,1995年3月.
    8)、B. J. Zeng, Transgenic avian used as oviduct bioreactor,International Exhibition and Symposium on Biotechnology and Pharmaceutical Industries, Shanghai, China, July 15-20, 1995.
    9)、曾邦哲,医药科学从实证到综合发展(系统心理学),转基因动物通讯,No. 11, 1995年11月.
    10)、B. J. Zeng,Self-organization and special expression of genes, 3rd National Symposiun & 1st International Conference on Transgenic Animals, Nov. 18-23, 1996.

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