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未来的生物科技发展方向—合成生物学

高分子科学前沿 2019-06-18 21:30:13

/ 李根涛、李金烨(2015年长庚大学国际基因工程机械竞赛团队。)

随着DNA被发现、分子生物学的掘起后,人类开始懂得如何透过改造生物的基因让社会变成更为美好,但目前要理解生物的原理和应用方法也是有一定的困难,所以科学家就思考如何把生物的技术变成SOP standard operationg procedure),由此产生了一个新的科学领域——「合成生物学」(syntheticbiology)。

什么是「合成生物学」?

我们看到深海中的水母发出柔和的荧光,那是它产生的荧光蛋白质在发挥作用;玫瑰花散发花香,那是它产生芳香类有机化合物……生物因其DNA序列不同、DNA表现程度不同,形成大自然多样多姿的美态。

在这些具有特定功能与表现的DNA片段的研究和发现过程中,科学家们开始试图用另一种角度看待它,将DNA视为由大大小小的「零件」组成,各司其职执行着特殊的「任务」,也能像小时候我们玩的积木一样,想要做什么就可以做什么,也是因为这个概念而发展出「生物积木」(biobrick),让大家不再觉得生物的改造是件难事。


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bioon

合成生物学是一个跨领域的科目,它结合了数学、化学、计算机软件、工程、生物等技术范畴,因此人才需求不断提升。目前发展的情况其实和过去的计算机科技颇为相似:在今天,计算机科技影响着每一个人,而在未来合成生物学也势必会领导着不同领域的发展,包括医学、制药、化工、能源、材料、农业等。


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igem

国际基因工程机械竞赛(iGEM

国际基因工程机械竞赛(InternationalGenetically Engineered Machine Competition, iGEM),期望通过竞赛的形式,回答合成生物学中的核心问题 —— 能否在活细胞中使用可互换的标准化「生物积木」(biobrick)构建简单的生物系统,并且加以操纵。

所谓「积木」,就是上述提到的含有特定DNA的「生物组件」,可以被自由「剪辑」(digestion)、「修饰」(modification)、「拼接」(ligation),构建新的系统。

每支参赛队伍都会由大会提供和使用标准化后的「生物积木」,利用标准化的基因工程方法,组装成不同功能的人工生物系统,并进行操纵和测量。比赛里会要求学生们自己选择题目,利用课余时间合作完成相应的实验、计算机仿真计算,和工程应用等工作,充分锻炼了学生的独立工作能力和团队协作能力,同时也培养了学生对于科学的热情。

参赛学生可将研究所取得的有用成果提交给iGEM的竞赛委员会,供全球的科学家共享参赛队伍的研究成果。此外这项竞赛也为不同国家、不同专业的大学生提供了一个相互交流的国际舞台。

关于我们——长庚大学学生研究团队

2015年的冬天,一群不同专业背景的学生走在一起(包括生医系、生技系、化材系、电子系、资管系),共17名同学。透过在课堂上和专题研究所学到的知识应用到我们的社会。而我们主要研究的主题是口腔癌的检测。

在台湾致死率排名前五的癌症有肺癌、乳癌等,但是大众对于口腔癌相对而言比较陌生。因此今年长庚大学的研究团队希望透过设计口腔癌的筛检方法,而且让大众了解口腔癌防治的重要性。目前团队已锁定了口腔癌患者口水里的一种蛋白质—IL-8 Interleukin 8),透过这蛋白质能告诉我们到底有没有患癌,也称为「生物标记」(biomarker)。透过使用酵母菌(Yeast)和大肠杆菌(E.coli)为工程菌,把「生物积木」送进细菌里。当细菌们遇到IL-8蛋白的时候,会激发细菌产生绿荧光蛋白(GFP),再利用光学仪器测量绿荧光蛋白的亮度,从而初步判断是否患有口腔癌。

今年的9月中,我们研究团队会把成果带到美国波士顿参加国际基因工程机械竞赛(iGEM),希望把这个成果与其他国家的人分享以及交流意见。

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