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北京隊課題

利用合成生物學加強微生物絮凝功能用於(yu) 印染廢水脫色

上海隊課題

生物與(yu) 醫學專(zhuan) 題：定向進化抗擊衰老

適合學員

9-12年級高中生

適合專(zhuan) 業(ye)

生物、計算機、數學、統計、商科、傳(chuan) 媒等各專(zhuan) 業(ye)

課時安排

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SquirrelHub | 從(cong) “格物”到“造物”，合成生物學何以進擊藍海產(chan) 業(ye) ？

生物技術從(cong) 上世紀開始便一直被視作為(wei) 極具顛覆性的技術。1996年7月5日，利用生物克隆技術，一隻基因結構與(yu) 供體(ti) 完全相同的小羊“多利”（Dolly）橫空出世，在互聯網尚未普及的年代，便在全球範圍內(nei) 引發了一片嘩然。

盡管多利羊的壽命僅(jin) 是自然體(ti) 綿羊的一半，但是卻開啟了人們(men) 對於(yu) 突破自然極限的探索與(yu) 嚐試。

因此在科技的革新以及人們(men) 的祈願之下，合成生物學技術在21世紀孕育而出。交叉融合了係統生物學與(yu) 基因技術、工程科學、合成化學、計算機科學等眾(zhong) 多學科的新興(xing) 技術。

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作為(wei) 一門典型的新興(xing) 和匯聚科學領域, 合成生物學的影響力在21世紀以來迅速上升。被喻為(wei) 認識生命的鑰匙、改變未來的顛覆性技術。

01、合成生物學是什麽(me) ？

合成生物學(synthetic biology)是一門匯集生物學、基因組學、工程學和信息學等多種學科的交叉學科，其實現的技術路徑是運用係統生物學和工程學原理，以基因組和生化分子合成為(wei) 基礎，綜合生物化學、生物物理和生物信息等技術，旨在設計、改造、重建生物分子、生物元件和生物分化過程，以構建具有生命活性的生物元件、係統以及人造細胞或生物體(ti) 。

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合成生物學(Synthetic Biology)是一門結合了生命科學觀察分析方法和工程學設計思維的學科，使人類通過工程方法設計、改造甚至從(cong) 頭合成有特定功能的生物係統。

內(nei) 容轉載自知乎@柯南醫藥投資《什麽(me) 是合成生物學（synthetic biology）？深度解析合成生物學行業(ye) 發展與(yu) 應用-暨合成生物學2022行業(ye) 研究報告》

02、合成生物學技術的意義(yi) ？

除了以上提到的針對生命課題的突破，合成生物學的核心立意也是為(wei) 了促進多門學科的相互交流與(yu) 融合，以此來突破各個(ge) 獨立領域所麵臨(lin) 的困境與(yu) 瓶頸，探索更多可能性。

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“近年在底層生物技術突破和生物數據積累的助推之下，‘計算+生物’迎來了新浪潮。未來十年，計算與(yu) 新藥研發、合成生物學等領域的交叉將成為(wei) 最大的機會(hui) 之一。”

在工程學方麵，在人工設計的指導下，采用正向工程學“自下而上”的原理，合成生物學技術對生物元件進行標準化的表征，建立通用型的模塊，在簡約的“細胞”或“係統”底盤上，構建人工生物係統並實現其運行的優(you) 化。

在科學層麵，從(cong) “合成”的理念和策略出發，研究生物和生命係統的運行規律，幫助人們(men) 從(cong) 學術角度上更好地認識自身以及世界。

03、合成生物學的現有研究與(yu) 應用

合成生物學真正被廣泛關(guan) 注始於(yu) 21世紀初，一係列顛覆性成果在這個(ge) 階段陸續發布。

2000年, 波士頓大學Collins團隊受噬菌體(ti) λ開關(guan) 和藍藻晝夜節律振蕩器的啟發, 設計合成了雙穩態基因網絡開關(guan) ; 普林斯頓大學Elowitz和Leibler基於(yu) 負反饋調控原理設計了基因振蕩網絡.

2002年, 紐約州立大學石溪市分校Wimmer團隊通過化學合成病毒基因組獲得了具有感染性的脊髓灰質炎病毒-人類曆史上首個(ge) 人工合成的生命體(ti) 。

2010年, 美國Venter團隊宣布首個(ge) “人工合成基因組細胞”誕生. 他的團隊設計、合成和組裝了1.08Mb的支原體(ti) 基因組(JCVI-syn1.0), 並將其移植到山羊支原體(ti) 受體(ti) 細胞中, 產(chan) 生了僅(jin) 由合成染色體(ti) 控製的新支原體(ti) 細胞。

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2014年，美國Scripps研究所Romesberg團隊設計合成了一個(ge) 非天然堿基配對: X和Y, 並將它們(men) 整合到大腸杆菌基因組。這意味著在控製條件下, 未來的生命形式有無限種可能。

不僅(jin) 如此，合成生物學技術當前已經逐步從(cong) 學術領域走入到人們(men) 的現實生活中。包括且不限於(yu) ：診斷、生物燃料、生物傳(chuan) 感器、耕作和農(nong) 業(ye) 以及治療領域。

04、為(wei) 什麽(me) 合成生物學是藍海產(chan) 業(ye) ？

廣泛的國際影響力

合成生物學作為(wei) 21 世紀生物學領域催動顛覆性創新和學科交叉融合的前沿代表，受到全球各國政府、學術界、產(chan) 業(ye) 界的高度關(guan) 注。

2010 年6 月，中國科學院與(yu) 中國工程院、英國皇家學會(hui) 與(yu) 英國工程院、美國科學院與(yu) 美國工程院( 簡稱“三國六院”) 在倫(lun) 敦達成共識，擬定在2011—2012 年，分別在英國、美國和中國召開3次合成生物學研討會(hui) 。

在中國科學院深圳先進技術研究院副院長、深圳合成生物學創新研究院院長劉陳立看來，這是屬於(yu) 未來的“天工開物”。

異軍(jun) 突起，投資界炙手可熱的“爆款”

21世紀以來，基因線路的工程化開發，開啟了合成生物學的“會(hui) 聚”（Convergence）發展曆程。

隨後，在各國政府的科技戰略和強力支持下，基礎研究率先快速發展，研究論文產(chan) 出不斷增加；經過10年左右的發展，合成生物學技術的應用開發蓄勢而發，專(zhuan) 利申請量進入快速增長期；又經過5年左右的發展，投資者對於(yu) 合成生物學領域的高度關(guan) 注和開發熱情，多元資金的投入，使合成生物學企業(ye) 的融資額不斷攀高，進一步促進了相關(guan) 技術的應用和產(chan) 品的開發。

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圖|2022年國內(nei) 合成生物領域融資情況，來源：星礦數據

據星礦數據統計，2022年國內(nei) 有超過50家合成生物公司宣布完成融資。高瓴起碼出手4家相關(guan) 公司，紅杉、經緯、峰瑞資本、光速中國等頭部投資機構幾乎全線入場。二級市場上，凱賽生物、華恒生物等合成生物概念股市盈率在60倍左右，發酵產(chan) 品對應的化工行業(ye) 市盈率則僅(jin) 有20倍。

即便在今天，距離全麵開花的爆發式增長，仍尚需要3-5年時間，但未來這幾年，將是底層技術突破驗證和轉化擴容的關(guan) 鍵時期。

合成生物學的商業(ye) 前景讓投資人們(men) 看到巨大的希望，醫療、科技、消費背景的投資人在該領域布局不斷。

綜上所述，合成生物學會(hui) 在未來為(wei) 多領域帶來機會(hui) ，當前強勢開端的階段便是步入這個(ge) 極具前瞻性賽道的最佳時機。

身為(wei) 高中生的我們(men) ，有機會(hui) 乘上這波勢頭，全方位“入坑”合成生物學嗎？

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iGEM：國際基因工程機器大賽

競賽難度：★★★★

含金量：★★★★★

iGEM，(international Genetically Engineered Machine)譯作“國際基因工程機器”。

國際基因工程機器(iGEM)基金會(hui) 是一個(ge) 獨立的非營利組織，致力於(yu) 合成生物學的發展、教育和競賽以及開放社區和合作的發展。

其中，iGEM活動是基金會(hui) 最大的計劃，讓學生們(men) 組成團隊，並尋求機會(hui) 通過解決(jue) 世界各地的日常問題來突破合成生物學的界限。

iGEM有多厲害？