4月2日，由藥學(xué)院本科教學(xué)委員會主辦、探微藥1承辦的藥學(xué)院本科生論壇第八期，在生物醫(yī)學(xué)館E303成功舉辦。本期論壇邀請到藥學(xué)院張數(shù)一老師為與會師生帶來 “合成生物學(xué)與醫(yī)藥健康”主題報(bào)告。藥學(xué)院本科教學(xué)委員會委員郝艷麗老師、藥學(xué)院本科生教務(wù)楊尹老師，以及來自藥學(xué)院、探微書院、生命科學(xué)學(xué)院、化工系的本科生現(xiàn)場參加。

Part.1 主講嘉賓介紹

張數(shù)一

張數(shù)一博士，2009獲得清華大學(xué)學(xué)士學(xué)位，2015年獲得美國賓夕法尼亞州立大學(xué)博士學(xué)位，導(dǎo)師是Donald Bryant教授。2015年至2019年在美國麻省理工學(xué)院進(jìn)行博士后研究，合作導(dǎo)師是ACS Synthetic Biology雜志主編Christopher Voigt教授，并與哈佛大學(xué)David Liu教授實(shí)驗(yàn)室展開積極合作，將噬菌體輔助的連續(xù)定向進(jìn)化系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于合成生物學(xué)的研究。2019年加入清華大學(xué)藥學(xué)院，擔(dān)任教研系列助理教授。

Part.2 嘉賓分享

合成生物學(xué)作為生命科學(xué)和工程科學(xué)相結(jié)合的前沿交叉學(xué)科，在醫(yī)藥、環(huán)境、健康等領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用價(jià)值。其主要研究目標(biāo)是用工程化的方法設(shè)計(jì)復(fù)雜可控的生命系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對生命過程的重構(gòu)認(rèn)知和全新應(yīng)用。

合成生物學(xué)的概念和定義

合成生物學(xué)源自自然，超越自然，廣義上是指通過構(gòu)建生物功能元件、裝置和系統(tǒng)，對細(xì)胞或生命體進(jìn)行遺傳學(xué)設(shè)計(jì)、改造，使其擁有滿足人類需求的生物功能，甚至創(chuàng)造新的生物系統(tǒng)。“建物致知、建物致用”是合成生物學(xué)的兩大愿景，也就是通過建造生物體系而了解生命、通過創(chuàng)造生物體系來服務(wù)人類。在概念與定義這一部分中，張數(shù)一老師通過介紹合成生物學(xué)的概念、傳統(tǒng)生物學(xué)研究的還原論、合成生物學(xué)研究的重構(gòu)論等，讓與會師生了解了通過合成構(gòu)建實(shí)現(xiàn)真正認(rèn)識自然的合成生物學(xué)定義， 并介紹了合成生物學(xué)在“觀察歸納、重構(gòu)預(yù)測、工程應(yīng)用”三個方面的重要使命。

合成生物學(xué)的發(fā)展歷程

接著張數(shù)一老師向與會師生介紹了合成生物學(xué)的發(fā)展歷程。DNA雙螺旋的發(fā)現(xiàn)，打開了分子生物學(xué)的大門。經(jīng)歷了結(jié)晶牛胰島素全合成、分子克隆技術(shù)、PCR擴(kuò)增技術(shù)、首個全基因組測序、人類基因組計(jì)劃，發(fā)展到青蒿素前體的合成、原核細(xì)胞基因組的合成、自動化基因線路設(shè)計(jì)、基因線路控制的細(xì)胞療法等等重大技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和突破，逐漸發(fā)展到了如今的合成生物學(xué)。

合成生物學(xué)與醫(yī)藥健康

合成生物學(xué)與醫(yī)藥健康有著十分密切的關(guān)系。有機(jī)小分子的生物合成、蛋白質(zhì)工程，智能細(xì)胞療法、功能元件的設(shè)計(jì)和功能細(xì)胞設(shè)計(jì)，以及生物基因“元件”構(gòu)建邏輯線路等，張老師都向與會師生做了詳細(xì)的介紹。智能細(xì)菌藥物、智能酵母藥物、智能細(xì)胞藥物等全新的藥物解決方案的發(fā)展，將工程科學(xué)“自下而上”的研究理念引入了生命科學(xué)范疇，重新定義了“合成生物學(xué)”的價(jià)值，使合成生物學(xué)在醫(yī)藥健康領(lǐng)域有了更加廣泛的應(yīng)用。

合成生物學(xué)的市場和政策

最后，張老師介紹了合成生物學(xué)的市場和政策情況。目前，合成生物學(xué)技術(shù)的廣闊前景使得近年來在國內(nèi)外都掀起了一股創(chuàng)業(yè)和投資熱潮，其投資指數(shù)逐漸上升，在醫(yī)藥健康領(lǐng)域尤為明顯。我國已將其寫入十四五生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，世界各國也陸續(xù)出臺多項(xiàng)支持政策。面對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要機(jī)遇，對合成生物學(xué)的戰(zhàn)略發(fā)展充滿希望。

Part.3 交流與討論

在講座后的交流環(huán)節(jié)，同學(xué)們積極提問，踴躍交流，下面是部分精彩問題集錦：

Q：前面講的很多都是對已有細(xì)胞進(jìn)行的改造，那有沒有可能從零構(gòu)建細(xì)胞，這當(dāng)中有什么困難？

A：主要是從零構(gòu)建細(xì)胞存在功能涌現(xiàn)的問題，對于一個單獨(dú)的物質(zhì)我們或許知道它的功能，但當(dāng)多個部分組合起來，由于它們之間復(fù)雜的相互作用，我們就很難預(yù)測最終呈現(xiàn)的效果，也就很難確認(rèn)怎樣設(shè)計(jì)細(xì)胞才能實(shí)現(xiàn)我們想要的功能，這個目前確實(shí)有困難。

Q：可否實(shí)現(xiàn)模塊化操作，將功能與模塊對應(yīng)起來（與元素周期表對比）？

A：生物可能還是與化學(xué)不太一樣，模塊之間是會相互影響的，會影響對功能的控制，合成生物主要利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)操作，將其中的相互影響都要考慮進(jìn)去。

Q：電信號有明顯的0和1之分，但生物信號的變化是連續(xù)的，如何實(shí)現(xiàn)生物通路信息的準(zhǔn)確傳遞？

A：其實(shí)電信號的變化也是連續(xù)的，只是變化的比較快，對于生物調(diào)節(jié)因子可以規(guī)定特定濃度范圍表示0或者1，這樣也能實(shí)現(xiàn)信息的準(zhǔn)確傳遞。

活動感想

張數(shù)一老師對合成生物學(xué)做了全面而深刻的介紹，使我受益匪淺。緣何而起、如何發(fā)展、對當(dāng)下乃至未來有什么樣的意義，這是我們面對一種科學(xué)技術(shù)所不得不捫心自問的問題。在聽了張老師的報(bào)告后，我深刻地體會到合成生物學(xué)這種自下而上的研究模式，是對現(xiàn)有生命科學(xué)研究范式的重大突破，我也堅(jiān)信在多個科學(xué)領(lǐng)域，合成生物學(xué)會有一席之地。對我個人而言，這也是一非常值得深入探索的課題，我希望我能夠在合成生物學(xué)的發(fā)展中貢獻(xiàn)一份力量。

——探微化12 王桂珈

通過參加這次論壇，我了解了合成生物學(xué)的基本概念，如何人工合成功能元件，以及合成功能元件兩個基本的問題，極大地激發(fā)了我對這方面科研的興趣，非常感謝張數(shù)一博士的分享！

——探微藥2 龍?zhí)?/p>

非常感謝張數(shù)一老師的分享，我在本次活動中對生物調(diào)控網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了濃厚的興趣也有了一定的了解，學(xué)到許多。

——探微藥1 李永健

關(guān)于本科生論壇

藥學(xué)院本科生論壇創(chuàng)辦于2019年，由學(xué)院本科教學(xué)委員會主辦，本科生各班級承辦。每期邀請1-2位藥學(xué)院PI，以科普講座的形式介紹研究方向，分享當(dāng)下最前沿的科研進(jìn)展，并與學(xué)生充分交流。旨在幫助本科生建立科研興趣，了解學(xué)術(shù)前沿，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，更好地規(guī)劃學(xué)術(shù)生涯。