科学家们为合成生物学的新世界制定了课程

基因工程树木为家庭提供防火木材。修改过的器官不会被拒绝。合成微生物,监测你的肠道,以检测入侵的疾病生物,并在你生病前杀死它们。

根据今天发布的新路线图,这些只是20年历史的工程生物学或合成生物学领域可能出现的一些令人兴奋的进展,现在已经足够成熟,可以解决一系列社会问题。 6月19日,由工程生物学研究联盟,一个由美国国家科学基金会资助并以加州大学伯克利分校为中心的公私合作伙伴关系。

该路线图是来自一系列学科的80多位科学家和工程师的作品,代表了30多所大学和十几家公司。虽然技术性很强,但该报告提供了一个强有力的案例,即联邦政府应该在这一领域进行投资,不仅要改善公共健康,粮食作物和环境,还要为经济提供动力并保持国家在合成生物学方面的领导地位。该报告是在今年的合成生物学重要技术会议之前发布的,2019年合成生物学:工程,进化与设计,将于6月23日至27日在纽约市举行。

工程生物学/合成生物学包括广泛的当前努力,包括基因改造作物,工程微生物以生产药物,香料和生物燃料,使用CRISPR-Cas9编辑猪和狗的基因,以及人类基因疗法。但这些成功只是未来更复杂的生物工程的前奏,报告列出了机遇和挑战,包括美国是否将其作为研究重点。

“政府面临的问题是,如果所有这些途径现在都对生物技术发展持开放态度,那么美国如何在这些国家的发展中保持领先地位?”路线图项目和执行董事领导人道格拉斯弗里德曼说道。工程生物学研究联盟。“这个领域有能力对社会产生真正的影响,我们需要将工程生物学确定为国家优先事项,围绕国家优先事项进行组织,并在此基础上采取行动。”

中国和英国已经建立了工程生物学/合成生物学 - 这意味着我们了解植物和动物的遗传,然后调整特定的基因,使这些生物做新事物 - 这是他们国家研究企业的基石。

在此之后,美国众议院在3月举行了一次听证会,讨论了2019年的工程生物学研究与发展法案,该法案旨在“提供协调的联邦研究计划,以确保美国在工程生物学方面继续保持领先地位”。这将使工程生物学成为一项国家倡议,相当于该国最近对量子信息系统和纳米技术的承诺。

“这个路线图的作用以及我们在这个项目上所做的所有合作者所做的是在未来20年内想象我们应该把所有这些工作放在哪里,”负责EBRC路线图项目的Emily Aurand说道。“我们的目标是解决科学应用如何扩展以解决社会挑战,想象我们可以用生物学和生物系统做广泛和复杂的事情,使世界变得更美好,更清洁,更令人兴奋。”

“这个路线图是一份详细的技术指南,我相信它将引领合成生物学领域走向未来。它不是一个停滞不前的文件,而是随着时间的推移不断发展以回应该领域的意外发展和社会需求。“加州大学伯克利分校化学与生物分子工程教授,EBRC路线图工作组主席Jay Keasling说。

该路线图将指导所有政府机构的投资,包括能源部,国防部和国立卫生研究院以及NSF。

“EBRC路线图代表了整个合成生物学和工程生物学界的一项具有里程碑意义的成就,”Theresa Good说道,他是美国国家科学基金会分子和细胞生物科学的副部门主任,也是白宫级合成的联合主席。生物学机构间工作组。“该路线图是美国第一个科学界技术文件,它为实现合成生物学的前景和科学家,工程师和决策者遵循的指南奠定了基础。”

苹果,肉和THC

一些工程生物学产品已经上市:非褐变苹果;由细菌产生的抗疟疾药物;生产自己的杀虫剂的玉米。伯克利的一家初创公司正在设计动物细胞,以便在盘子里种植肉类。Emeryville的初创公司正在实验室里种植纺织品。加州大学伯克利分校正在制造医用品质的THC和CBD,这是大麻中的两种主要成分,而另一种则是生产啤酒酵母,提供啤酒中的啤酒花味,但没有啤酒花。

但其中大部分仍在小范围内完成;未来规模较大的项目。加州大学伯克利分校的生物工程师正试图修改微生物,以便它们可以作为食物种植或生产药物,以帮助人类在月球或火星上生存。

其他人正在尝试设计奶牛和其他反刍动物的微生物组,以便它们能够更好地消化其饲料,吸收更多营养并产生更少的甲烷,这有助于气候变化。随着气温上升和雨水预测不足,科学家们还试图改造作物,以更好地抵御高温,干旱和更加咸的土壤。

改性微生物,海藻或其他海洋或淡水植物 - 甚至是贻贝等动物 - 如何能够自然地清除湖泊和海洋中的污染物和毒素,包括石油和塑料?

“如果回顾历史,科学家和工程师已经学会了如何通过物理和机械工程定期修改物理世界,学会了如何通过化学和化学工程定期修改化学世界,”弗里德曼说。“接下来要做的是弄清楚如何通过修改来利用生物世界,这种修改可以帮助人们以其他方式无法实现的方式。我们正处于能够用生物学做到这一点的悬崖上。”

虽然过去一些基因工程生物引起了争议,但弗里德曼表示,科学界致力于在引入之前与公众接触。

“重要的是,研究界,特别是那些考虑面向消费者的产品和技术的人,在早期谈论道德,法律和社会影响,并且往往与我们过去在生物技术发展中看到的方式不同,”他说。

事实上,工程生物学的好处是如此巨大,以至于它是一个我们不能忽视的领域。

“机会是巨大的,”弗里德曼说。