聊聊合成生物學（二）——合成生物學的前世今生
“合成生物學” (Synthetic Biology) 這個詞最早由法國物理化學家Stephane Leduc在其所著的《生命的機理》一書中首次提出，作者試圖利用物理學理論解釋生物起源和進化規(guī)律，認為“合成生物學是對（生物體）形狀和結(jié)構(gòu)的合成”。但當時的科學發(fā)展水平還不足以解釋生命的本質(zhì)，因此并未引起重視。
1953年DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，標志著人類對生命本質(zhì)的理解進入了更深層次，才有可能對生命體進行改造和設計。因此，我們以此為起點，將合成生物學的發(fā)展歷程分為如下4個階段：
萌芽階段（20世紀下半葉）
這一階段主要是分子生物學基礎理論和基本工具的大發(fā)展，人類開始理解基因的化學本質(zhì)，并且能夠開始在體外操縱基因，設計最初的“細胞工廠”，為合成生物學的創(chuàng)建打下了堅實基礎。
這一階段的標志性事件包括：
1953
發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)
1957
提出生命遺傳信息傳遞的中心法則：DNA ? RNA → 蛋白質(zhì)
1960s
- 破譯遺傳密碼子
- 發(fā)現(xiàn)首個基因表達操作子模型，證明基因在體內(nèi)是受到嚴格調(diào)控的
- 中國科學家在全球首次人工合成具有生物活性的蛋白質(zhì)——牛胰島素
1970s
- 發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶，分子克隆技術誕生
- 首次人工合成基因
1980s
PCR技術誕生，基因工程大發(fā)展
1990s
進入組學時代，大腸桿菌和酵母全基因組測序完成
領域創(chuàng)建與擴張（2000-2007）
2000年被認為是現(xiàn)代合成生物學元年。這一階段產(chǎn)生了許多現(xiàn)代合成生物學領域奠基性的研究手段和理論，特別是基因線路工程的建立及其在代謝工程中的成功運用，正式確立了現(xiàn)代合成生物學的概念。本階段的創(chuàng)新主要在技術手段上，工程應用進步相對滯后。
這一階段的標志性事件包括：
2000
第一次設計合成了基因網(wǎng)絡開關和基因振蕩網(wǎng)絡
2001
人類全基因組草圖完成
2002
第一個人工合成生命體-脊髓灰質(zhì)炎病毒
2003
- 發(fā)明BioBrick質(zhì)粒
這是一種標準化、模塊化元件，每個BioBrick元件可以攜帶不同的已知基因，但兩端接頭都是完全標準化的，能用完全相同的方法與其他任意的BioBrick元件組裝起來，實現(xiàn)生物元件的標準化裝配
- 青蒿素前體的生物學合成，開啟人造細胞工程生產(chǎn)天然產(chǎn)物的新時代
2004
- 首次合成生物學國際研討會（SynBio 1.0） 在美國舉行
- 首屆iGEM比賽在MIT舉行，此后發(fā)展為國際合成生物學頂尖賽事
2005
- 首個高通量測序技術誕生，改變了組學的研究范式
- 由RNA調(diào)控的可編程基因表達
- 合成生物學基本原則確立：標準化，去耦合，模塊化
2006
利用工程菌侵入癌細胞
快速創(chuàng)新和應用轉(zhuǎn)化（2008-2013）
這一階段涌現(xiàn)出大量的新技術和工程手段，使合成生物學研究與應用領域大為拓展。
這一階段的標志性事件包括：
2008
- 首次完全人工合成微生物基因組
- 改變大腸桿菌氨基酸代謝生產(chǎn)生物燃料
2009
發(fā)明Gibson Assembly DNA組裝技術
這種基因組裝技術擺脫了限制酶酶切位點的限制，組裝后的產(chǎn)物不存在額外的“疤痕”
2010
首次人工合成基因組細胞（支原體）
該細胞的基因組完全由人工合成，并且能夠自我復制
2011
- 首次合成酵母染色體臂
- 建立大腸桿菌的全套布爾邏輯門
2012
- CRISPR/Cas基因編輯技術誕生
- 建立復雜多層基因環(huán)路
2013
利用工程酵母菌株生產(chǎn)青蒿素
發(fā)展新階段（2014-今）
在這一階段，工程化平臺和生物大數(shù)據(jù)、人工智能相結(jié)合，全面推動了合成生物學技術創(chuàng)新及相關應用的商業(yè)化，合成生物學開始真正成為“未來產(chǎn)業(yè)”。
這一階段的標志性事件包括：
2014
- 人工合成酵母染色體
- 拓展遺傳密碼子。非天然的遺傳密碼子使得未來的生命形式存在無限可能。
2016
- 人工合成最小細胞
- 計算機輔助設計大腸桿菌邏輯門
- 愚公團隊推出首批國產(chǎn)限制性內(nèi)切酶
2017
- DNA存儲
- 中國科學家參與完成從頭設計合成酵母全部5條染色體
2018
- 邏輯控制CAR-T細胞
- 首次合成單染色體酵母細胞
- 自組織多細胞結(jié)構(gòu)
2019
- 大腸桿菌全基因組合成
- 設計蛋白質(zhì)參與的基因回路
2021
- AI驅(qū)動的蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)預測
- 中國科學家利用二氧化碳人工合成淀粉
- 首個mRNA疫苗產(chǎn)品上市
2022
- 首次實現(xiàn)在復雜生物體的特定組織中對基因活動進行編程和調(diào)控
- 人工智能顛覆蛋白質(zhì)設計
- 通過計算機模擬活細胞生命過程，揭示生命的底層原理
2023
- 首次從頭合成超過1kb的DNA，為基因治療和合成生物學提供了更強大工具
- 創(chuàng)造出不受任何已知病毒感染的生物體
- 獲得完整的端粒到端粒（T2T）人類基因組序列，填補了原有人類基因組中的缺口
- 首個CRISPR基因編輯療法產(chǎn)品上市，用于治療鐮刀型細胞貧血病
