2014年3月27日，美国哈佛大学、哈佛医学院、波士顿大学、加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国家实验室等机构的多名合成生物学专家在《Cell》上发表题为《整合生物学重设计理念——合成生物学的起源与发展方向》的综述，介绍合成生物学早期的指导原则，利用这些原则在微生物转录和代谢研究基础上构建复杂系统方面取得的成就，以及哺乳动物细胞工程所取得的进步。本文重点介绍综述总结的重要结论。 合成生物学仍然处于发展早期。如果仅从时间上与微芯片产业做比较，考虑到首个晶体管诞生于1947年，那么合成生物学相当于发展到1960年的晶体管。在不久的将来，希望合成生物学的方法已渗透到生物学群体中，尤其是采用极重要的工程理念进行规范设计和广泛的预实验规划，以避免过多重复实验和错误，这将比现有的模式更具成本效益。 如果合成生物学家希望借助生物学的力量，他们需精通生物学在演化过程中不断调整的各种理论和方法。例如，基因表达、代谢、蛋白质结构和功能。自然界能同时操纵所有这些工作，合成生物学家同样也需要具备这样的能力。生物学的重设计必将涉及多方面工程技能的整合。这导致合成生物学未来发展的关键问题：工程师是否需要理解生物学因为其仍存在许多未知点，或者生物学被重设计后工程师只需以适合大脑创造过程的简单形式工作？如果是计算机产业，答案是后者，例如材料科学家调整无机物以使其应用于晶体管，整个过程稳健且可抽提。但截至目前合成生物学中还没有一个解决方案可以无限制的套用。此外，人类很难重现大自然创造的某些成果，例如，蛋白质工程师无法构建从头设计的蛋白质，尤其是酶类。因此，大多数合成生物学研究需要不断重复地借助自然界已有的元件，未来该领域开发过程中最有效的做法仍是扩大对自然界中生物工作原理的认识。 查看详细>>

生物技术是针对燃料、化学品和材料产品提供可持续解决方案的重点。2014年4月17日，来自瑞典查尔姆斯理工大学、瑞士苏黎世联邦理工学院、韩国科学技术院、美国麻省理工以及加州大学伯克利分校、洛杉矶分校、圣地亚哥分校的七位著名科学家在《自然-化学》期刊发表综述，总结了生物技术在提供可持续方案方面取得的进步，重点强调代谢工程与合成生物学提供了特有的互补方法，帮助科学家创造有效的细胞工厂以将生物质和其他原料转化成理想的化学品。 随着20世纪90年代早期首次提出代谢工程的概念后，1996年在美国召开首次国际会议，1998年创建《代谢工程》杂志。代谢工程为推动新的工业过程做出了重要贡献，几个典型的例子如下所述。 ①杜邦联手杰能科和泰莱（Tate&Lyle）启动利用大肠杆菌代谢工程菌株生产1,3-丙二醇的工艺。 ②杜邦与BP的合资公司Butamax与Gevo都开发了利用酵母代谢工程菌株生产异丁醇的工艺。此前已有一些关于大肠杆菌异丁醇途径优化的研究。 ③Amyris公司已开发利用酵母代谢工程菌株生产青蒿素的工艺。 ④Genomatica公司已开发利用大肠杆菌代谢工程菌株生产1,4-丁二醇的工艺。1,4-丁二醇全球市场需求超过百万吨。 上述例子以及其他许多例子都证明代谢工程能提供解决化学挑战的具有经济可行性的方案。 合成生物学与代谢工程无论在概念上（如信息框1）和实际应用上存在的协作使得两者更加紧密的耦合。科学家们讨论如何进一步利用这种协作使生物技术领域取得的突破产生最大化利益，并给出了三条启示。 （1）充分利用两个领域已构建的共同的起源、框架和语言。 （2）承认两个领域各自存在特有的方法。 （3）在现有知识的基础上，促进设计和构建工作更快的完成。 综述最后总结了代谢工程与合成生物学存在的异同点（如表1）。两者有不同的基本目的：代谢工程就像一个实用的终端，旨在开发药物、化学品、燃料和材料等生物基产品；合成生物学就是一个基础的科学关注点，旨在创建生物学部件、模块和系统，从而更好地认识和操作生物系统。希望代谢工程能更多地采用来源于合成生物学的新策略，例如基因合成、基因表达的精确控制。反之，合成生物学家也能越来越多地关注目标驱动的工程电路和全细胞代谢的策略。 信息框1代谢合成和合成生物学定义 表1代谢工程与合成生物学的异同点 代谢工程 合成生物学 共同主题 非自然行为 共同的工具 分子生物学，数学建模 研究内容 化学、酶、基因、途径、生物网络、细胞 基因、表达电路、细胞 特有领域 化学和生化网络 逻辑部件和逻辑域 目标 构建工程细胞表型 构建生物学部件 特定工具 代谢通量定量分析和网络分析 生物组分的合成 应用领域 工业生物技术 广泛 查看详细>>

2014年4月，欧洲合成生物学研究区域网络（ERASynBio）发布了名为《NextstepsforEuropeansyntheticbiology:astrategicvisionfromERASynBio（欧洲合成生物学下一步行动——战略愿景）》的报告，描绘了欧洲合成生物学未来发展的良好前景，强调了未来5～10年欧洲所面临的机遇和挑战。包括一系列针对国家和国际资助机构、政策决策机构和其他利益相关方的建议，目的是支持合成生物学这一重要领域的发展。下面简要介绍该报告提出的五大愿景和发展建议的主要内容。 1、投资于创新的、跨国的和网络的合成生物学研究 需要重大的资金资助来实现合成生物学所带来的生物学和生物学相关技术的革新，通过开放的同行评议的竞争来增加投入，这对获得最前沿的成就至关重要，但同时也需要协调的自上而下的行动来应对欧洲及全球在合成生物学领域所面临的挑战。 2、以负责和包容的方式发展和推动合成生物学研究 合成生物学的最终成功不仅依赖于自然科学家和工程师在技术上获得的成功，还有赖于应用与工业界开发公众和利益相关方需要并可接受的产品和服务的能力，为此，需要科学界、工业界和政策决策机构的广泛参与和协作。 3、构建网络化的、多学科的和跨国的研究与政策制定团体 合成生物学或许比其他任何相关领域都需要更多的来自不同地区和不同学术背景的研究人员与政策制定者的合作，合成生物学当前的资助机构处于独特的位置，发挥着联系不同学科和地区之间桥梁的作用，并支持欧洲和全球相关团体的融合。 4、提供高技能的、创造性的和相互联系的人才队伍以支持合成生物学的未来 各个层面高水平的训练将提升合成生物学领域的吸收能力以及增加欧洲及全球合成生物学的竞争力，同时，创造性的教育方法也将提供鼓舞下一代合成生物学家的机会。 5、利用开放的、前沿的数据和基础技术 对从事合成生物学研究的机构而言，获得最新的数据和技术是维持和提升其竞争力的重要因素，资助机构和其他利益相关方应更多地鼓励有效利用新数据和新技术，也应支持开发下一代合成生物学基础设施的研究团体。 ERASynBio项目简介： ERASynBio项目由欧盟第七框架计划资助，始于2012年1月，由来自欧盟及其成员国和美国的16家基金资助机构组成，其目标是致力于通过组织和协调各国的努力和投资以增强欧洲和全球的合成生物学的竞争力，解决合成生物学所面临的大量问题，包括：科学、技术和社会研究挑战；组建跨欧洲研究区（EuropeanResearchArea）的研究团体；培训和教育；数据和基础结构；未来工业需求；公众参与等。 查看详细>>

2014年4月9日，欧盟委员会宣布已通过关于环境保护和能源领域公共部门项目资助的新指南。据悉该指南旨在促进成员国实现其2020年气候目标，同时解决可能由对可再生能源给予补贴引起的市场扭曲现象，使对可再生能源领域的支持逐渐转向以市场为基础。除了对可再生电力能源，该指南还将针对生物燃料设施提供援助。 关于采用基于市场的机制，一些可再生能源技术已达到成熟阶段，呼吁这些技术融入市场。因此，指南要求逐步引入竞争性投标程序来分配公共部门的资助，而同时成员国根据各自国情，也拥有一定的灵活性。在2015~2016年的试点阶段，允许成员国在小范围的电力新装项目中测试竞争性招标程序。2017年开始，呼吁成员国启动面向所有新安装项目的招标工作。 该委员会发布信息特别说明小型设备和技术研发早期可免于参与竞争性投标程序。对于生物质能、太阳能和许多其他可再生能源来说，小型设备是指那些容量为1兆瓦及以下的。对于风能来说，小型设备指那些容量为6兆瓦及以下的。 该委员会还指出，500千瓦及以下的生物质能、太阳能和其他能源设施，3兆瓦及以下的风能设施将可继续获得任何形式的援助，包括上网电价补贴。这主要是考虑到此类规模的项目一般都不具备参与整个市场范围竞争的潜力。 关于生物燃料（定义为由生物质生产用于运输的液体或气体燃料），指南指出，鉴于粮食基生物燃料市场的产能过剩，该委员会认为对粮食基生物燃料新的或现有的生产装置进行投资并不合理。除了也会考虑投资将粮食基生物燃料的设备转换成先进生物燃料设备，其余投资均只考虑先进生物燃料项目。 英国可再生燃料协会（REA）指出，其仍然关注指南中并未意识到的可持续生物燃料在使交通领域脱碳方面全面的长期价值。可再生能源的目标不在于其本身，而是作为一种使能源组合脱碳，改善能源和资源安全的手段。可持续发展的第一代生物燃料仍将是交通部门具有成本效益的关键节碳方法。直至2030年，先进生物燃料和电气化等可能将真正成为市场主流。 查看详细>>

联合国粮农组织（FAO）最近发布一份名为《发展中国家农业生物技术十条经验教训》的案例研究报告。研究表明，尽管小农生产系统具有复杂性，但如果在适当的条件下与有利环境中，生物技术确实可以成为使农民受益的强有力工具： 1.政府（国家和/或州）的承诺对提高小企业生产效率和小农的生计起决定作用。 2.来自双边和多边捐助者、国际机构的财政支持是对国家工作必不可少的补充。 3.国际和国家合作关系对于取得成果非常重要，尤其是在将研究成果转化成田间产出和影响的方面。 4.国家为科技的人力资本与基础设施提供长期投入是关键。报告包括持续达15至40年的农业案例研究。 5.生物技术孤掌难鸣，需要与其它合适的科学知识及传统知识恰当整合，并引入综合研究和农民田间实践。 6.遗传资源、技术手段和实际知识在国家与洲际间的交流是大多数案例中不可或缺的要素。 7.案例研究显示，知识产权问题并没有限制研究、生产或者生物技术创新的使用。 8.生物技术生产的产品并不需要有新的生物安全和食品安全法规和标准。 9.随着时间的推移，“规则”或许会有所改变，因此需要同时具备远见和灵活性。一些案例研究清楚地表明了，一些涉及小农农业生产系统的开发项目有容易变化并可能发生危险，利益相关者需要意识到这点并防止因诸如植物或动物疾病动态变化或农民、消费者的偏好改变等问题引发的快速变化。 10.生物技术应用的规划、监测和评估尚薄弱亟待加强。大多数研究不提供有关成本或收益（在产品、生产力或经济回报方面）、或生计改变的信息。为了加强对未来项目的规划和管理，这应是国家及其机构更优先考虑的事情。 查看详细>>

过度的基质金属蛋白酶（MMP）活性有助于有害的组织重塑，因此，MMPs抑制剂已被广泛研究用来治疗疾病。虽然MMP抑制已明确是相关的治疗靶标，但由于受药物系统管理，MMP抑制剂的使用量受到严格限制，目前还未投入临床应用。美国宾夕法尼亚大学研究人员发表在《自然-材料》上的论文描述了一种多糖基水凝胶，可以局部注射到组织中，并对MMP高活跃程度做出响应，释放MMP抑制剂（rTMP-3），在靶标位置降低MMP活性。具体而言，rTIMP-3通过静电相互作用装置于水凝胶中，递送到靶标位置时，遇到活性MMP时交联度下降，抑制剂被释放。研究人员进行了猪的活体实验，结果表明这种凝胶可减少心脏左心室在心肌梗死发生后出现有害的组织重构建。由此也说明借助可注射的生物响应水凝胶可实现按需的局部抑制剂递送。 查看详细>>

近年来，洪水和干旱的新闻报道越来越多，气候专家认为这些现象在未来还会更加频繁发生。因此，科学家需要了解这些现象对植物的影响，以便于保障粮食供应安全。 植物激素在细胞间传递化学信号，交换植物生长或与外部世界相互作用的相关信息。植物运用激素信号的一个特别方式是对土壤碱性的反应。响应这类信号的激素被称为脱落酸。它不仅对水利用效率进行调控，还在依据土壤情况发出保持种子休眠和发芽重要信号的过程中起重要作用。 研究人员首次实时测定了在单个植物细胞中的脱落酸水平，该论文发表在eLife杂志上。 该研究揭示了脱落酸在高盐缺水植物中的作用。此次开发的新工具有助于通过生物工程提高农作物的产量，特别是在气候变化、植物面临减产的情况下。 该工具运用多重荧光标记蛋白质来测量植物细胞中的脱落酸浓度。研究结果表明，运载脱落酸进入细胞的蛋白质可能多于现在已知的数量，而且脱落酸会很快被根细胞吸收而消除。 研究团队还将继续研究植物细胞对激素信号的响应微调过程。这些工具将同样适用于人类和动物激素的研究。 查看详细>>

美国内布拉斯加大学林肯分校（UniversityofNebraska–Lincoln）的研究发现，利用玉米作物残留物生产乙醇和其他生物燃料将减少土壤中的碳，进而产生比利用汽油更多的温室气体，研究成果发表在NatureClimateChange期刊上。 研究人员对美国12个大农业地带1.28亿公顷农业残留物移除的影响进行了分析，结果显示，从玉米地移除农业残留物用于生产每兆焦生物燃料会多产生50～70克二氧化碳，过去五年的平均值相当于生产每兆焦生物燃料多排放100克二氧化碳，比汽油排放相比增加7%。 查看详细>>

2014年4月17日，斯坦福大学的一个跨学科研究小组发表于《自然-化学生物学》的论文描述了他们在逆向组织工程获得的一项新突破。他们已开始解开使得胚胎细胞能够增殖和转变为执行不同生物功能的所有特化细胞的复杂的遗传密码。 研究人员选择发育周期中不同点的小鼠胚胎肺细胞作为研究对象，采用单细胞基因组分析新技术，记录在每个发育点中哪些基因较为活跃。虽然他们只研究了肺细胞，但其技术适用于任何类型的细胞。 他们用这种逆向工程的方法来研究肺泡细胞。肺泡是血管吸取氧气和运输二氧化碳的转换站点。具体操作如下，从14.5天、16.5天和18.5天（小鼠平均出生于第20天）三个妊娠阶段的小鼠胚胎处取得198个肺细胞。同时也从成年小鼠处取得一些肺细胞。 他们用标准酶技术溶解和肺细胞一起形成组织的蛋白质，随后挑选出作为研究重点的肺泡细胞。近年来生物技术学家开发的微流体装置，可从溶液中精确吸取单个细胞，并将其分离后研究其遗传物质。在这项研究中，他们使用微流体装置捕捉198个肺细胞样品。然后，利用单细胞基因组测序来检测每个发育点基因的活跃程度。 每个细胞核都包含完整的基因组，单个细胞可以构建出一个生物体，但在特定时间段，只有某些基因被激活而表达成RNA或mRNA。因此，检测mRNA的活性为了解细胞在微流体设备中被捕获时的功能提供了一个透镜。利用这一步骤，研究人员首次精确揭示这些特定肺细胞在向成熟肺泡发育过程中每一阶段的调控基因。利用单细胞基因组学，研究人员可以逆向操控发育过程，揭示出单个前体细胞类型如何发育成肺泡尖端两种重要细胞类型。 除了研究胚胎发育，该技术还可以用于临床，例如研究肿瘤细胞个体之间的差异，提高对癌症各个阶段的认识，有助于开发更好的、更有针对性的治疗方法。 查看详细>>

D-核糖是商业应用的一种重要糖，可用作甜味剂及合成维生素B2和一些抗病毒药物的原料，大肠杆菌的遗传改造提升了细菌生产D-核糖的能力，这是高效工业生产D-核糖的关键步骤。 加拿大多伦多大学的研究人员研发了用于增加D-核糖产率的大肠杆菌遗传工程改良策略，以葡萄糖和木糖混合物为原料生产D-核糖。研究成果在线发表在IndustrialBiotechnology期刊上。 查看详细>>