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合成生物就像搭“乐高”积木,这3大“法宝”不会就完了!

2017/06/26 来源:生物探索
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导读
合成生物学在制药工业、环境生物技术和工业材料、分子生物和微生物的定制方面创造了巨大的机会;它的核心工具包包括生物和工程功能:分子操纵(遗传学)、深度数据分析和计算机算法。

3大“法宝”:遗传学+自动化+算法

合成生物学是生物行业令人兴奋和迅速发展的细分领域,可以广泛地定义为设计(或重新设计)和建造新的人工生物通路、生物体或生物设备,它将工程原理应用到生物组件中,使我们能够探测、操作和修改细胞功能。这项技术在制药工业、环境生物技术和工业材料、分子生物和微生物的定制方面创造了巨大的机会。

然而,优化这些创新的发现,除了基因工程和制造过程,很大程度上依赖于对大量数据的系统分析。数据成指数增长般快速积累,通常以非结构化的方式,独立的内部和外部的数据库之间,并通过数字化信息的多样性和工作流进一步集成反馈,再通过自组织映射确定了具有显著不同配置的患者群,最后在由此产生的在临床环境中实施聚类,为患者提供了全新的个性化疗法,将节省大量的医疗费用。

合成生物学的核心工具包包括生物和工程功能:分子操纵(遗传学)、深度数据分析(自动化)和计算机算法。这需要借助一些数学或者计算机的模型来辅助设计(类似CAD)去构造一个特定的系统,比如构造一些逻辑门、图灵斑以及利用光感来显影的Biofilm等。

第一个合成病毒


第一个合成病毒syn vaccine采用CAD/CAM平台的设计、制造和验证。

往细胞里加新组件已经很成熟了,是主流。掌握DNA、RNA之间的关系和转录机制是合成生物学的圣杯,只有通过不断完善合成生物学驱动(SYNRAD)的方法,才能有效地系统评估不同核酸所产生的“表型”功能。

毋庸置疑,通过随机突变或通过操纵特定基因来修饰病毒是费时费力的,只有理解了其中的规则,就可以对它们进行修改,以构建具有工程特性的完全合成生物体。在这种情况下,即使我们不了解深层机制的所有细节,我们也能发现新的模式并通过它们来改变病毒的特异性。

因此,合成可预测的、可重复的、自我改善的病毒为研制抗病毒疫苗以及利用更精确的癌症病毒疗法创造了新的希望。

生物界的“乐高”


Oxford Genetics公司类似乐高积木的DNA质粒工程平台(LEGO®-like core DNA system)

如图所示,Oxford Genetics公司包含了多种工具包的乐高平台(LEGO®-like core DNA system)可以让病毒很容易地从一个移动到另一个DNA片段的载体上。

Oxford Genetics公司CEO Ryan Cawood博士表示,现阶段合成生物学面临的主要挑战是:发现新分子的困难,分子工程复杂度高,生物制品的生产效率低下,输送系统的不足。在未来,大多数药品将是以DNA为基础的生物,遗传数据将变得更容易获得,基于DNA的药物将成为必不可少的个性化治疗方法。

生物界的“乐高”平台通过选择预先设计的DNA部分(如启动子、增强子)结合自己的优化序列构建新的治疗模型。例如,一个新的腺病毒为基础的基因治疗系统,可以将DNA扩展应用至广泛的细胞类型,或开发新的DNA序列,开发针对复杂的哺乳动物膜抗原受体抗体等专有的算法设计。

围绕着DNA设计算法、自动化平台和病毒包装系统的创新而不断创新。量化生产项目,满足基因治疗和免疫治疗领域的临床需求。

参考资料:

Synthetic Biology Expands and Grows

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