美国国防部高级研究计划署（DARPA）宣布成立一个名为生物技术办公室（BTO）的新部门，以探索生物学与物理科学之间日益活跃的交叉融合。该举措旨在通过应用严密的工程学工具以及相关学科的知识，充分利用生物系统的力量，受生命科学启发设计下一代技术。BTO的项目横跨非常广阔的时间和空间维度，将对自然过程复杂的高度适应机制进行深入研究，并探索其如何应用到国防使命中。 BTO的主要使命包括以下三个方面。 （1）恢复和保持战士的战斗技能 通过发展神经修复和神经交互技术，BTO将寻求发展新的治疗策略以应对当前和即将出现的威胁，涉及生物学与物理学交叉等医学以外的领域。 这部分所涉及的项目包括： ①DARPA作为新兴疗法的基于系统的神经技术（SUBNETS）项目将重建已丧失的功能，寻求先进的疗法来减缓心理疾病对现役军人和退伍军人造成的严重损害。 ②自动诊断帮助预防和治疗（ADEPT）项目旨在寻求新颖的方式来鉴定和防止传染性疾病，这是减轻和消除生物威胁的代表性工作。 （2）充分利用生物系统 生物系统高度进化的功能性和合成能力可用于开发新的产品和系统以支持国家安全。BTO旨在对自然过程和支配生物系统行为的基本设计规则建立基本的认识，并应用这些知识进行具有新颖功能的系统和产品的正向工程构建。 这一部分所设计的项目包括： ③DARPA的生物材料制造厂项目重点创建以生物学为基础的生产平台，以提供快速的，可扩展获取具有全新性能新材料的服务。这些新材料可用于创建新一代的机械、电气和光学产品。 ④ChronicleofLineageIndicativeofOrigins（CLIO）项目旨在通过创建持久的控制元素，防止利用基因工程的故意破坏，阻止非法收购或误用专用菌株，提供协助生物事件调查的新兴取证工具，从而使生物工程更加安全。 （3）规模化利用生物系统的复杂性 一些生物以单细胞形式旺盛生长，但大部分生物仍依赖于与其他物种的动态交互，例如人类，其外来细胞的数量远远超过自身的细胞数量，这可能对新陈代谢、心理状态、身体机能和健康状态产生显著影响，且这种影响在很大程度上仍然未知。提高对哺乳动物和非哺乳动物物种之间，微观和宏观生物体之间相互作用的认识可有助于开发新的方法以提高在日常和胁迫情况下的身心健康。同样，病媒在全球缓慢迁移传播并不断繁衍，因为其很难从生物学和生态学大方面的现象来分析，人们对其动态知之甚少，这会破坏国家安全。BTO希望从生物复杂性和生命系统动态中提取新的见解，旨在开发提高全球范围的稳定性和人类福祉的新应用。 ⑤生物长期性（Biochronicity）项目作为该领域目前唯一运行的工作将考察时间在生物有机体中的作用，最终掌控时间影响人类生理的机制。 由于BTO项目极具创新性，难免会遇到由新兴生物技术所带来的道德、法律或社会方面的问题。因此DARPA将定期邀请相关领域专家共同讨论这些问题。 查看详细>>

2014年4月2日，在SynBioBeta会议上，英国科学部长宣布将投入1200万英磅建设新的合成生物学设施和培训中心。以生物技术和生物科学研究理事会（BBSRC）为首的多家研究理事会将新建五所DNA合成中心和两所合成生物学博士培训中心，以进一步加强英国在合成生物学领域的研究基础。 合成生物学的最大问题在于启动材料，即具有特殊功能代码的DNA在实验室合成的配套模块的创建和装配，以及DNA构建的高成本，耗时长等问题。英国在爱丁堡、伦敦、利物浦、诺维奇和剑桥大学新建五所DNA合成中心，希望能在几所大学的原有基础上提高DNA合成能力，以推动英国合成生物学快速发展。 2014年1月30日，英国BBSRC和工程与自然科学研究委员会（EPSRC）曾联合宣布投入4000万英镑，在未来5年内逐步建设3家合成生物学研究中心：布里斯托尔合成生物学中心（BrisSynBio）、诺丁汉合成生物学研究中心（SBRC）和开放植物合成生物学研究中心（OpenPlant）。本次宣布的项目将有助于进一步提升英国合成生物学研究机构的整体实力，扩大研究深度和范围。 五所DNA合成中心 成立机构 项目名称 经费(单位：英磅) 目标 英国爱丁堡大学 爱丁堡基因组工厂 180万 通过自动技术为学术机构和企业提供大型基因结构（最大1Mbp）的端对端设计、构建和检验。 帝国理工学院 合成生物学DNA合成和构建工厂 200万 开发用于DNA合成、基因和基因组组装核实的标准化框架实验平台 利物浦大学 利物浦GeneMill,高通量DNA合成工具 200万 开发细菌、真菌、植物和哺乳动物细胞的基因和DNA合成的高通量自动工作流 医学研究理事会分子生物学实验室 合成生物学设施 200万 自动组装短DNA片段表达基因，包括选取、增殖和分析来自细菌克隆DNA的机器人平台。 诺维奇科技园 DNA合成 190万 建立DNA合成设施，目标是设计、繁殖和开发从植物和细菌获取的高价值成分和生物活性物质 新成立的中心将在学术界和胚胎合成生物学公司之间牵线搭桥，激励英国合成生物学产业的成长，提升英国在该领域的能力，创造更多的工作岗位和促进经济增长。此外，200万英磅用于加强BBSRC和EPSRC的博士生培训，为学生们提供全球领先的学习环境。 英国伦敦大学学院和布里斯托尔大学、牛津大学、沃里克大学联合建立的博士培训中心（CDT）将为博士生提供学习专业合成生物学的设施，提高他们的技能水平。 两所合成生物学博士培训中心 成立机构 项目名称 经费（单位：英磅） 目标 布里斯托尔、牛津和沃里克大学 BBSRC和EPSRC合成生物学博士培训中心 100万 加强培训中心实力，包括在牛津大学成立向所有博士生开放的专用合成生物学实验室，在布里斯托尔和沃里克大学建立专业生物学设施。 英国伦敦大学学院 以合成生物学为基础的生物制造培训和研究创新中心 100万 资助先进生物工艺和分析设备建设，成立专门的培训实验室，鼓励开展新的培训活动。 查看详细>>

每天都有成百万吨的未经处理的工业和农业废水被排放到世界各地的江河湖海当中，对全球人类健康造成极大威胁。水质安全永远非常重要。 欧盟资助的项目研究人员发明了一种抗击水生致病和致死源的新方法。他们开发了一种可以检测水中细菌的高科技设备。新系统可运用一种“光超声”设备和基于脂质的诊断套件实时监测工业加工用水和废水的水质。这是一项2011年获欧盟第七框架计划支持的名为“AQUALITY”项目的研究成果。该研究项目已于今年2月结束，现已在挪威接受现场测试。 现场测试对工业生产非常重要，水质会直接影响生产能力、操作成本和可持续性。目前检测水污染程度的常用方法是通过取样在实验室里分析（非在线分析）。但这些方法耗时长且成本高，意味着分析数量必须控制到最低。因此，企业急切需要成本低廉、快捷、实验室级的在线分析方法来检测大量水生病原体。 AQUALITY项目所开发的在线水质监测设备是首个可替代传统取样实验室检测病原体方法的系统。该系统可以检测水中的各种类型细菌菌株，包括沙门氏菌、单核细胞增多性李斯特氏菌和弯曲杆菌。 据美国农业部预测，每年这三种细菌造成至少69亿美元的医疗成本和生产力损失。 AQUALITY项目由多个国家的团队参与，它们皆与西班牙的ENSATEC公司建立了合作关系。经过三年的研究开发，该微生物污染物检测方法可以快速检测水和废水中的细菌菌株，并创新性地运用工程脂质体来检测水中的细菌。预期这一成果在企业中将具有很好的竞争潜力，国际市场前景可观。 查看详细>>

美国佐治亚理工学院和联合生物能源研究所共同研发了一种可以合成蒎烯的细菌。蒎烯是树木产生的可替代高能烃类的燃料，例如军用和航天用JP-10燃料。 通过将植物酶加入到细菌中，研究人员得到了比传统生物工程学方法多5倍的蒎烯产物。然而，要使蒎烯二聚物具备与石油基JP-10燃料竞争的实力，还需要更多的改进，研究人员相信他们已经跨越了主要的障碍。 该研究成果已于2014年2月27日发表在《ACS合成生物学》杂志上。高能量密度的燃料在需要减少燃料体积的应用中非常重要。每升驱动汽车汽油和卡车的柴油都比每升JP-10所含的能量低。JP-10的分子结构包含了多条碳原子链，因此具有高能量密度。 从每加仑石油中提取的JP-10数量十分有限，而且树木与石油相比原料更为充足。JP-10的价格因为供应限量而高达25美元每加仑。价格因素也是科研人员开发生物燃料替代汽油和柴油的动力之一。 科研人员证实了过去研究的选择酶可以嵌入到大肠杆菌中。他们选定了两类酶——三种蒎烯合酶（PS）和三种磷酸合酶（GGPS），通过实验验证哪种组合可以得到最好的效果。 虽然实验结果好于预期，但科研人员仍有疑虑。因为对于不同的烃类，相同的酶每升可产生不等量的燃料。所以他们试着用更多步骤去提高效率。他们将两种酶连在一起放入大肠杆菌细胞中，保证由一种酶产生的分子立刻能与另一种酶结合。这种方法使产率提高到32毫克每升。比以前的方法有很大提升，但仍不具备与石油基JP-10燃料竞争的能力。 科研人员认为难点在于嵌入过程被抑制。他们发现酶被基质抑制，这个过程是与浓度相关的。所以他们需要一种在高基质浓度不被抑制的酶，或一种可以保持基质低浓度的方法。这两种方法都有难度，但不是不能克服。 为此，研究人员需将蒎烯的产率提高26倍，这是生物工程大肠杆菌能力所能达到的上限。理论上，使蒎烯生产成本降到石油基能源以下是可能的。如果可行，生物燃料就可以得到更好的应用，为增加高能燃料供应开创新局面。蒎烯二聚化后的蒎烯二聚体已经显示出与JP-10相似的能量密度。 查看详细>>

美国能源部（DOE）联合生物能源研究所（JBEI）与伯克利实验室的研究人员合作，鉴定了微生物对离子液抗性的遗传起源，并成功地将该抗性导入大肠杆菌菌株中，以期产生先进的生物燃料。相关研究成果发表于《自然-通讯》。 离子液抗性的研究是以来源于波多黎各热带雨林的细菌的一对基因被鉴定为基础。之前，JBEI研究人员已获得能消化柳枝稷中纤维素生物质并转化生成生物燃料和化学品的大肠杆菌工程菌。但用来处理柳枝稷使其更易被大肠杆菌消化的离子液对细菌具有一定毒性，在发酵前需要清洗多次以将其去除干净。而彻底清除离子液在大规模工业生产中并不具有可行性。 2012年，JBEI研究人员从一次探险中带回了EnterobacterlignolyticusSCF1菌株，它能耐受在离子液中产生的高渗透压。JBEI开发了一个新的工程菌模型，通过改变SCF1菌株的细胞膜的渗透性，并将有毒的化学物质泵出细胞，避免细胞受损。在这项最新研究中，研究人员查明了SCF1基因组中负责离子液抗性的基因。该基因模块编码膜转运子及其转录调节因子。 本研究的结果证明了一种可以解决JBEI生物燃料生产中瓶颈问题的方法。同时残余的离子液可以防止在发酵液中其他杂菌的污染，从而使发酵过程在更加经济的无菌的环境中进行。因此这种方法将离子液的不利影响转变成一种优势。 查看详细>>

细胞治疗是个快速发展的医学领域，干细胞可用于修复慢性病和老年疾病的组织和保持器管功能。但目前主要问题是如何将其转化成现实产品用于治疗。 英国诺丁汉大学的科研人员最近开发了一种新物质，可以简化细胞治疗的加工方法，是再生医疗界的一大创举。 干细胞产品的生产有两个明显阶段：增殖阶段（制造足够多的细胞来形成大组织）和分化阶段（将基础干细胞转化成功能细胞）。材料环境要求这两个阶段不同，至今为止单个物质还不能完成两项工作。 现在诺丁汉大学的一支跨学科团队正在创建新的干细胞微环境，他们发现该微环境允许细胞自我更新和进化成心肌细胞。这是一种含有两种聚合物的水凝胶，通过化学转化成为富含藻朊酸盐的环境，适宜细胞增殖到足够多的数量。这一变化触发第二阶段细胞的特别分化发育。 这种新型组合凝胶首次实现了人类多能干细胞经一步（HPSC）产生稠密组织结构。该发现在未来再生医学领域将发挥巨大作用。该研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。 查看详细>>

美国疾病控制中心（CentersforDiseaseControl，CDC）估计，美国每年有超过200万人口遭受抗生素抗性细菌的感染，其中至少2.3万人死亡。 人们对细菌抗药性的关切持续提升，美国CDC在2013年发布了首份《美国抗生素抗性威胁报告》，报告将18种细菌分为三个威胁层次：紧迫、严重和关切。 CDC的官员指出，如果人们不努力采取措施来延缓或阻止这种药物抗性，人类将回到简单感染即可致命的时代。排在“紧迫”层次首位的细菌是难辨梭状芽孢杆菌（C.difficille），其导致腹泻常需抗生素进行治疗，每年导致至少25万人住院，1.4万人死亡。 CDC在报告中列举了四项针对抗生素抗性的行动：预防感染以及控制抗性细菌的传播；监测抗性细菌；改进抗生素的使用；促进针对抗性细菌开发新抗生素及新的诊断试剂。 美国抗生素抗性威胁数据（按数量）： l每年有200万人感染抗生素抗性细菌，2.3万人死亡； l18种细菌被证实可以导致严重的人类感染； l难辨梭状芽孢杆菌（C.difficille）每年导致至少25万人住院，1.4万人死亡； l每年因抗生素抗性带来200亿美元的额外医疗支出。 查看详细>>

在细胞复制过程中，活细胞偶尔会发生重复的基因拷贝，在生命进化历程中，这些看似多余的基因被塑造成遗传新颖性、适应性和多样性的来源。来自美国佐治亚理工学院的最新一项研究发现了一些重复基因在很久前避免被基因组移除并演化成为现代生命的遗传新颖性的路径。 研究人员已经发现，在自然选择过程中，DNA甲基化路径可以掩护重复基因组免遭从基因组中被移除，这些存活下来的多余基因经过一代代的修饰，演化出新的细胞功能。这是人们首次明确呈现DNA甲基化与重复基因演化的相关性。该研究由美国NSF资助，研究成果在线发表在2014年4月7日出版的PNAS期刊上。 人类基因至少有一半都是重复的，重复基因不仅多余，甚至还会对细胞有害。多数重复基因拥有更高的突变率，这将增加额外基因拷贝在自然选择过程中失活或丢失的机会。该新研究发现，随着一些重复基因的形成，小的甲基团与重复基因的调控区域结合，阻断基因开启。 基因一旦被甲基化就可以在自然选择中被掩护起来，使其在基因组漫长的演化中得以保留并最终发现新应用，研究发现，一些新的重复基因通常是在形成后就迅速通过甲基化作用进入静默状态，重复基因调控区域的甲基化水平与基因演化时间具有显著的负相关关系，即“年轻”的重复基因拥有更高的DNA甲基化水平。 查看详细>>

合成生物学所面临的长期挑战是创建具有预见性和强健性的基因回路，美国休斯顿大学的数学建模专家与莱斯大学的生物学家合作创建了一个合成遗传时钟，在一定温度范围内可以维持精确的计时，研究成果发表在最新出版的PNAS期刊上。 在大肠杆菌和其他一些细菌中，如果温度增加10摄氏度，其生化反应速率将增加20倍，进而导致遗传时钟加速，该研究的贡献则在于创建了一种合成遗传时钟，可以在温度变化的情况下依旧保持准确计时。 该研究的具体操作是向质粒中插入一个保护时钟功能的工程化基因，即插入大肠杆菌的一小段DNA片段，该基因的突变具有在温度上升时减缓时钟的作用。研究人员设计了一个数学模型来评估质粒用于应对温度变化的各种设计特征，计算模型确认单个突变可以带来在较大温度变化范内获得稳定的遗传时钟。 借助数学模型，可以帮助对影响遗传回路的重要特征与非必要特征进行取舍，进而提高遗传回路的创建效率。 查看详细>>

科学家计划创造含有更加易于加工的生物聚合物木质素的树木，其优势在于可以使木材更易于用作造纸材料，他们已经创造了含有更少木质素或木质素中化学交联键减少的树木。美国威斯康辛大学麦迪逊分校的科学家提出了一个完全不同的方法，通过向木质素聚合物骨架中添加新的酯键化合物，对木质素进行“软化”，使木材被用于造纸的纸浆过程变得更加环境友好。研究成果发表在Science期刊上。 该研究的目标是设计易于加工的木质素，植物将木质醇单体转化成木质素的聚合过程是在细胞壁完成的，该过程不受任何酶调控，是纯粹的化学反应。该研究的思想在于如何获得可以生产与该聚合过程化学兼容的单体的树木，该单体同时还包含一半的酯基，这样，树木则可以生产易于加工的木质素了。 中草药当归恰好可以生产这种单体木质醇，通过酯键与阿魏酸基团结合，研究人员通过基因工程方法将这种单体木质醇基因转移到快速生长的杨树里，发现新的单体木质醇阿魏酸联合体整合到杨树的木质素中，这种遗传工程杨树看起来与普通杨树没有任何不同。 遗传工程杨树因此获得了韧性木质素的特性，下一步工作将是测试和优化，以证实这种转基因杨树的商业可行性。 查看详细>>