开放实践场域下的合成生物技术伦理问题及治理

为应对新兴生物技术给人类带来的风险,从实践伦理的视角出发,分析合成生物技术研发、投产及使用场域过程中的实践逻辑和伦理问题,聚焦到合成生物技术特有的开放性特征,发现其在研发场域存在数据伦理、投产场域存在参与主体价值冲突,使用场域存在不确定性生物风险等伦理问题。在深入分析技术实践场域伦理困境的基础上,提出了技术层面和伦理规范的相关建议:制定数据库使用规则,提高数据库管理水平;开发新兴技术克服资源限制,采用多种实验方法防御;划分参与人员群体,针对性进行价值嵌入。

基于产教深度融合的职业本科课程体系构建研究——以合成生物技术专业为例

在生物医药产业新兴背景下,以生物合成技术专业为例,阐述其职业本科教育存在的问题,分析基于产教深度融合的合成生物技术课程体系的构建思路及实施,发掘特色和亮点,促进职业本科教育发展,实现“学科—专业—产业”的协同共进。

自动化合成生物技术在DNA组装与微生物底盘操作中的应用

基于绿色生物制造进行物质能量生产,有望减少对天然植被、耕地、石化等资源的依赖,而微生物细胞工厂是绿色生物制造过程的“芯片”。合成生物学为微生物细胞工厂的研究提供了重要的使能技术,但目前仍面临生命系统高度复杂、实验过程需要反复试错、实验通量较低等限制因素。自动化合成生物技术借助高通量、自动化和智能化的软硬件设施平台,基于标准化、模块化的生物元件库和合成生物工艺,可低成本、高通量、快速、多循环地完成海量工程试错性实验,加速特定性能人工细胞工厂的设计和优化,支撑相关研究和应用。本文主要针对细胞工厂“设计-构建-测试-学习”循环中最关键、最耗时的“构建”环节,对DNA组装和底盘细胞操作自动化工艺和设施平台进行了总结,对自动化合成生物技术应用于生物合成基因簇挖掘、代谢通路优化和底盘细胞优化的最新进展进行了介绍。最后展望了微生物细胞工厂自动化构建面临的挑战和未来发展,讨论了包括非模式微生物在内的全流程自动化的发展趋势,而自动化装备的国产化自主研发将为此做出重要贡献。

产教融合视域下职业本科“合成生物技术”课程教学实践

发展本科层次职业教育成为我国时代之需。本科层次职业教育最大的特色和亮点是深度的产教融合以及一体化的产学研人才培养模式。浙江药科职业大学合成生物技术为首批职业本科专业,文章探索并实践了该专业核心课程“合成生物技术”建设过程如何加强学校与企业的深度融合、提高校企合作双元育人质量。实践结果表明该课程教学模式取得了较好的成效,有望在该专业的其他课程中进行应用。

加强合成生物技术创新,引领现代农业跨越发展

21世纪初兴起的合成生物技术被誉为影响世界未来的颠覆性技术之一,其在农业中应用将为世界性农业生产难题提供革命性解决方案,培育农业碳经济和氨经济等生物经济新形态,引领细胞农业、低碳农业和智能农业等新动能和新业态革命。简要总结了国际合成生物技术的发展现状与趋势,深入探讨了我国农业合成生物技术创新的发展战略与总体目标。

微藻合成生物技术发展总结与展望:从底盘细胞到光合生物制造

光合生物制造技术是一种全新的生物制造模式,其以光合微藻为底盘,将太阳能和二氧化碳在单一过程、单一平台直接转化为生物燃料和生物基化学品,可以同时起到固碳减排和绿色生产的效果。光合生物制造技术走向工程化、规模化、产业化推广和应用,技术核心是开发生长速度快、合成效率高、工业属性强的高效能光合细胞工厂以及与之适配的过程工程技术体系,而技术取得突破的基础和关键则是优质微藻底盘细胞的开发。从微藻底盘细胞的基因组编辑和调控、微藻代谢网络的优化重塑与定向扩展、微藻光合细胞工厂工业应用属性的优化这3个层面,介绍如何应用合成生物学工具和策略开发"可编辑、可控制、可应用"的微藻底盘细胞和光合细胞工厂,进而推动光合生物制造技术在工业环境下的成功应用。

基于合成生物技术构建高效生物制造系统的研究进展

基于合成生物技术构建绿色高效的生物制造系统是实现可持续化发展的重要途径,该技术的发展应用有望为食品、能源、医药、化工以及畜牧养殖等行业带来革命性的技术变革。本文针对基于合成生物技术构建高效生物制造系统进行系统性的总结与讨论。首先概述了代谢工程、酶工程、辅助系统优化以及发酵过程控制等技术的研究进展;其次,着重对比总结了大肠杆菌、芽孢杆菌属、谷氨棒酸杆菌以及酵母属等典型模式宿主的代谢特性,探究了各微生物制造系统的适用范围。最后,对合成生物技术在构建高效生物制造系统领域中的应用前景进行了展望。精细多元的代谢工程技术、高效简便的酶工程策略以及数字化的微生物系统将是促进高效生物制造系统构建的新引擎与新动力。

合成生物技术对生物多样性影响的评估探索

合成生物技术是近年来兴起的一类新兴生物技术,是现代生物技术的新发展阶段;在微生物细胞工厂、人工合成菌群、人工基因组合成、基因组编辑和基因驱动等多个领域取得了一系列重要进展,也获得了多国政府及产学研机构的大力支持。随着合成生物技术研究、开发与应用的深入发展,评估其对人类社会生存发展至关重要的生物多样性的影响成为一个重要课题。基于防范降低负面风险、促进有益开发应用和保护生物多样性的评估原则,采用综合考虑合成生物技术适用范围和基于合成生物技术的制品、组分和生物的安全性2个维度的评估方法定性分析了合成生物技术研究、开发与应用对生物多样性的影响,提出了应对其潜在风险的策略与建议,以期为合成生物技术的良性发展、造福社会提供参考。

合成生物技术驱动酪丁酸梭菌细胞工厂开发的研究进展

作为一种重要的工业微生物和新型益生菌,酪丁酸梭菌是厌氧条件下代谢多种底物产生丁酸的优势菌株,在其他精细化学品生产和大健康领域亦具有广泛应用。然而,获取生产效率高、鲁棒性强的高版本酪丁酸梭菌细胞工厂,仍然面临着遗传转化效率低、遗传操作工具有限、调控手段单一等诸多挑战。近年来,随着合成生物学的不断发展和酪丁酸梭菌生物信息数据的逐步完善,多种研究策略和技术,包括基因编辑系统等,被用于设计和构筑酪丁酸梭菌底盘细胞高效合成各种精细化学品。本文首先对酪丁酸梭菌独特的生理特性进行了概述。然后,对酪丁酸梭菌底盘细胞改造过程中涉及的系统生物学方法以及遗传操作工具的构建方法与技术进行了总结。同时,探讨了酪丁酸梭菌中多类型代谢调控策略以及群体感应系统的开发及其在合成精细化学品中的应用。最后,从遗传转化效率提升、基因编辑工具拓展、基因回路设计与重构高通量筛选平台建立、一碳气体利用等方面对酪丁酸梭菌底盘细胞的创制进行了展望。

合成生物技术重点实验室平台建设与管理

合成生物学是一门重要的新兴学科。该文从研究方向和实施内容、功能实验室的建设、管理运行机制及平台效益等方面,对厦门市合成生物技术重点实验室平台建设与运行情况进行总结分析,阐明了合成生物技术平台对海洋生物资源挖掘、生物活性物质开发、污染物资源化等技术研究中的协同创新带动作用。

中国合成生物技术研究立法完善——与美国和澳大利亚立法比较

合成生物技术研究在解决人类面临的人口、健康、粮食、能源、环境等问题的同时,也给人类健康、环境等带来潜在风险和安全隐患。合成生物技术研究行为需要立法规制,合成生物技术研究成果需要法律保护。借鉴美国和澳大利亚相关立法,利于完善中国合成生物技术研究立法,保障中国合成生物技术研究的有序发展,维护国家生物安全和社会公共利益。

机体哲学视域下的合成生物技术风险析因及治理

合成生物技术以改造或创造合成生物体为目标,在技术实践过程中的潜在风险不言而喻。“人”与“生物”两大生命机体作为合成生物技术的主要参与对象,在自身机体进化发展中也具有一般机体共有的创造性、自组织性和整体性的特征,这些特征都将影响人工合成机体的行为进而导致种种不确定性甚至产生技术风险。以合成生物技术中的“人”与“生物”为研究对象,发现“人”在发挥创造性时具有认识论风险、人造生物自组织活动时存在行动风险、维护合成生物整体性时存在伦理风险;“生物”在被创造过程中存在递归性风险、自组织运行时可能发生非线性风险、保持其整体性时可产生分层风险。因此,合成生物技术风险的治理也可从机体哲学进路出发,将已有的宏观性研究细化深入推进到技术实践操作性更强的微观层面。

合成生物技术生产甾体激素中间体的研究展望

甾体类药物是销售额仅次于抗生素的世界第二大类药物,不同的甾体药物分子结构均由甾体激素中间体衍生而来。甾体激素中间体的传统生产方法包括植物提取皂素法和化学全合成法,其对环境有害,反应产物结构不唯一且成本较高,不利于工业化生产。目前主要的生产工艺是利用微生物对特殊原料进行转化的半合成法,但会遇到微生物酶转化率低、发酵周期长等问题。合成生物学的出现为构建利用糖为唯一碳源生产甾体激素中间体的人工细胞提供了理论上的可行性和可靠的技术支持。重点综述了合成生物技术在甾体激素中间体生产中的应用,以有利于工业发酵的酿酒酵母、分枝杆菌等为底盘细胞,通过引入外源合成功能模块,实现胆甾醇、雄烯二酮等甾体激素中间体的生物合成,并对合成生物技术在医药生产方式转变中的应用进行了展望,以期推动甾体类药物生物制造技术的进步。

合成生物技术的追问与反思

合成生物技术不是合目的的工具而是一种"挑起式"解蔽方式。"集置"成为合成生物技术的本质呈现,其本身意味着危险,洞悉和克服这种危险不仅需要海德格尔的思,还需要于现实中找到自然而然的技术路径。

无细胞的合成生物技术—多酶催化与生物合成

无细胞合成生物技术由于其高度可控及体外代谢途径构建方法多样,能够完成许多体内代谢途径无法完成的工作.其主体思想即体外多酶催化体系的构建,通过模拟生物细胞内的多酶体系,在体外反应系统中加入能进行顺序反应的多种酶,使底物经过顺序的多步反应,一次得到最终产物,使生产过程大大简化.将多酶催化体系进行共固定化,可以实现多酶体系的协同反应和底物通道效应,提高反应效率.未来几年,无细胞合成生物技术有望成为生物燃料、大宗化学品以及医药产品的低成本生物制造平台.

枯草芽孢杆菌在系统与合成生物技术中研究进展及工业应用

枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis是微生物生理生化机理研究的模式菌株,也是工业应用生产小分子化合物、大宗化学品、工业酶、药物及保健品等生物制剂的良好底盘细胞。近些年,研究枯草芽孢杆菌的合成生物技术和代谢工程方法日新月异,为利用其作为底盘细胞生产目标产品提供了良好的工具和理论参考。文中综述了利用枯草芽孢杆菌为细胞工厂,在代谢改造中通过调节全局调控因子,基因组精简及优化,多位点、多维调控,自身生物传感动态调控,膜蛋白工程等方法,系统调控优化菌株;在蛋白质试剂生产改造中,通过优化基因启动子、蛋白质信号肽、菌株自身蛋白质分泌元件,构建无化学诱导剂表达系统等方法,优化生产菌株。另外,文中对未来进一步针对优化枯草芽孢杆菌进行工业生产中需要注意和重点关注的问题、方向进行展望。

合成微生物技术促进类胡萝卜素产品的高效合成

类胡萝卜素是一类重要的天然色素,因其具有多种生物功效,应用非常广泛。首先对类胡萝卜素的天然合成途径进行了介绍,总结了类胡萝卜素相关产品应用及目前的生产方式,着重介绍了番茄红素、β-胡萝卜素和虾青素等产品微生物发酵法的制备方法在菌株和途径构建上的最新研究成果。重点对类胡萝卜素生物合成产业化面临的主要问题进行了分析讨论,并提出一些建议供相关产业进行参考。

基因编辑技术与合成生物技术的伦理问题比较

概述了基因编辑技术和合成生物技术的发展所带来的复杂伦理问题;分析了二者在自然生命观、传统文化观、技术安全观、社会公正观等方面引发的共性伦理争议,以及在伦理后果、伦理态度和伦理治理等层面存在的伦理差异。通过构建合理的伦理反思进路,展望了现代生物技术面临的复杂性伦理挑战以及所应秉持的科学伦理立场。

我国合成生物技术产业发展战略及政策分析

合成生物技术产业的不断更新发展为人类社会所存在的一些较为难以突破的问题寻求到解决的方案,并且起到实质性的作用。合成生物技术产业简而言之就是利用合成生物技术的产业化发展,合成生物技术的发展基础就是基因、细胞这些微小单位,在此基础上进行相应的研究,主要研究方向就是生物产业的设计化、工程化,将基因与计算机编程、网络等相结合,进行各种传感性研究以及细胞编程的定向进化等,其对于社会的进一步发展有较为重要的导向作用。但其发展中的问题层出不穷,对于社会伦理、社会环境而言都是巨大的挑战。我国对于合成生物技术产业发展制定了一套合理科学的战略方针,以及针对其出现的问题提出相应的政策进行限制。

合成生物技术使用者潜在行为风险研究——基于计划行为理论框架

本文采用计划行为理论框架(TPB),对合成生物技术“设计构建测试学习”(DBTL)迭代路径中使用者潜在风险行为进行分析,从主观态度、主观规范、知觉行为控制和客观外部条件四个方面加以阐释,分析“意图行为”发生过程中的关键风险点。研究表明,对于DBTL的迭代研究路径中,设计和构建阶段中技术使用者的行为意图对于误用滥用行为具有正向的影响,学习阶段由于机器学习的不确定性影响机制尚不明晰。设计、构建、测试、学习四个阶段分别存在着不同的客观条件包括实验室管理、技术易获得性等对误用滥用行为有正向的影响。该研究将促进合成生物技术使用者群体行为自律、构建行为风险防控体系提供借鉴,为保障国家生物技术研究开发使用的健康行为规范提供新视角。