时间线、路线图和工具:驾驭合成生物学的未来

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


今年夏天早些时候,我获得了来自SynBERC学生和博士后协会以及实践推进小组的旅行奖学金,参加了合成生物学六方研讨会。研讨会的主题是“下一代合成生物学”,由美国、英国和中国的国家科学院和工程院联合举办。研究员被要求撰写一篇关于研讨会的简短观点,以及我们如何看待该领域未来的发展。我把我的文章贴在下面,你可以在这里看到其他研究员的观点。

合成生物学的未来是什么?我们如何到达那里?最近的合成生物学六方研讨会汇集了来自美国、英国和中国的科学家、工程师、政策制定者和社会科学家,共同思考未来。小组讨论的重点是我们面临的重大挑战、合成生物学在解决其中一些挑战方面的潜力,以及将这种潜力转化为现实世界应用所必需的技术和其他工具。

许多演示文稿都包含了时间尺度截然不同的时间线:过去一百年中全球气温上升的图表以及二氧化碳水平推算到公元12000年的图表;过去五十年计算机处理能力呈指数增长的图表、过去十年 DNA 测序和合成成本呈指数下降的图表,以及过去五年参与 iGEM 的学生人数迅速增加的图表。连接这些不同的时间线,利用不断增长的社区和改进的技术来解决复杂和大规模的环境问题,是另一种时间线的重点——技术“路线图”,它为合成生物学中的问题解决和行业发展设定了目标和时间框架。


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但是,要推进合成生物学的目标,首先我们必须决定什么是合成生物学,目标是什么,以及实际实现这些目标需要什么。合成生物学是工程学和生物学的结合,它被以多种方式解释和定义,但通常与传统的生物学领域形成对比。研讨会上讨论的合成生物学的众多定义之一是,合成生物学逆转了基因型到表型的联系;遗传学和分子生物学的研究旨在了解细胞的基因型如何导致观察到的表型,而合成生物学则从期望的表型开始,并寻求设计相应的基因型。生物系统的复杂性以及表型如何从基因型中产生的背景依赖性和随机性使设计功能性合成网络的努力复杂化,但也为思考合成生物学的未来提供了一个有用的隐喻。

就像基因型和表型之间的联系一样,路线图和它们旨在预测的未来之间的联系是复杂的、依赖于背景的,并且涉及的不仅仅是效率和技术可行性。事实上,合成生物学在过去十年中关注的工具一直是技术和社会兼备的——鼓励标准化等原则,以实现精简的工程,同时也促进合作和开源开发。研讨会邀请了来自学术界、工业界、知识产权法、环境倡导、执法部门和政府的代表发言,突出了许多使从路线图到未来的道路复杂化的问题,包括科学资助的政治、化石燃料的经济性、学术研究人员的奖励结构、跨学科培训的教育项目、风险评估、法规、媒体报道和公众认知。

鉴于影响合成生物学资助和研究的因素的复杂性,对于该领域提出的未来与该领域的定义和技术标准(就像意见一样,每个人都有自己的意见)几乎一样多,这并不奇怪。正如尼古拉斯·罗斯在关于合成生物学涉及的社会问题的小组讨论中警告的那样,“路线图太多意味着你不知道自己要去哪里。” 我们如何避免迷路?我们如何获得我们想要的未来?谁来决定?

也许目标的多样性和方法的多样性可以是一种优势,而不是一种劣势。仅凭合成生物学无法解决我们的任何重大挑战,而且合成生物学也不能在真空中发展,与所有非技术因素隔绝。研讨会上的各种声音和观点反映了理解问题和制定可持续解决方案所必需的那种社群。 

Christina Agapakis is a biologist, designer, and writer with an ecological and evolutionary approach to synthetic biology and biological engineering. Her PhD thesis projects at the Harvard Medical School include design of metabolic pathways in bacteria for hydrogen fuel production, personalized genetic engineering of plants, engineered photosynthetic endosymbiosis, and cheese smell-omics. With Oscillator and Icosahedron Labs she works towards envisioning the future of biological technologies and synthetic biology design.

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