從頭開始

歡迎!我很高興加入這個全新的部落格網路,併成為這個新的聲音集合的一部分!因為我討厭寫關於寫部落格的部落格,所以我打算直接切入主題,還有什麼比從頭開始更好的起點呢?

加入我們的科學愛好者社群!

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


歡迎!我很高興加入這個全新的部落格網路,併成為這個新的聲音集合的一部分!因為我討厭寫關於寫部落格的部落格,所以我打算直接切入主題,還有什麼比從頭開始更好的起點呢?我研究合成生物學,它是生物學和工程學的結合,大約在十年前以最新的形式出現。大多數人將“合成生物學”這個詞的首次使用追溯到1978年發表在Gene雜誌上的一篇註釋,作者是瓦茨拉夫·希巴爾斯基和安·斯卡爾卡,內容是關於因限制性核酸內切酶而獲得的諾貝爾獎,這種酶可以切割DNA,從而允許基因切割和基因工程的貼上。希巴爾斯基和斯卡爾卡寫道

關於限制性核酸內切酶的研究不僅使我們能夠輕鬆構建重組DNA分子並分析單個基因,而且還將我們帶入了“合成生物學”的新時代,在這個時代,不僅描述和分析了現有基因,而且還可以構建和評估新的基因排列。

但是合成生物學有著更長的歷史,可以追溯到人們知道DNA是什麼,更不用說如何切割和貼上基因序列之前。1910年,法國科學家斯特凡·勒杜克出版了《生命的物理化學理論與自發世代》,他在書中描述了他對合成生物學的願景:在實驗室中建立人工的、簡化的生命過程模型,以便更好地理解生命的起源。勒杜克專注於液體和鹽溶液的物理行為,他認為他可以觀察到墨水滴在試管中移動的滲透力是生命的驅動力。正如Joost Rekveld在Light Matters上引用的那樣,他寫道


關於支援科學新聞

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。


因此,合成生物學的研究是對物理力和條件的研究,這些物理力和條件可以產生被滲透膜包圍的腔體,這些腔體可以結合和分組,並區分和專門化它們的功能。這些力正是產生滲透生長的力,這些滲透生長具有生命體的形式並表現出生命體的許多功能。在所有關於生命起源的理論中,將其歸因於滲透作用,並將最早的生命體視為滲透生長的產物的理論是最有可能的,也是最令人信服的。

為了基於這些物理原理合成生命,他將墨水和鹽溶液混合在一起,這些溶液會旋轉並結塊在一起,形成類似於生命形式的“滲透生長”。

 

 

這些形狀可以移動和生長,隨著溶液相互推擠而改變形狀。墨水滴可以被製成看起來像宏觀生物,並且驚人地像細胞內部發生的微觀過程。

 

 

鹽溶液在雅克·洛布十年前的工作中也發揮了重要作用,其目標是“用建設性或工程生物學代替僅僅是分析性的生物學。” 洛布感興趣的不是所有生命的起源,而是從受精卵開始的個體生物的發育。他將海膽卵放入不同濃度的鹽中,發現只要混合得當,卵子就會開始分裂並發展成海膽胚胎,而無需精子受精。

 

 

遺傳學和分子生物學的同步成功使這種工程生物學處於邊緣地位,但到了1980年代和1990年代,新一批工程師/生物學家帶著新的工具湧現出來。1980年代的計算機科學家沒有使用墨水滴,而是用計算機程式試驗了人工生命,設計出可以在螢幕上自我生成畫素的程式,這些畫素可以相互作用、競爭、繁殖和進化。這些細胞自動機與勒杜克的墨水滴一樣不具有生物性,但它們顯示了研究人員感興趣的生命特徵和屬性,通常使自動機在他們眼中“活”了起來。

 

 

今天,水中的油滴和鹽滴形成原始細胞,類似於研究人員想象的最早細胞的樣子。下圖是由珍妮特·巖佐繪製的,她是一位科學家和動畫師,與哈佛大學傑克·紹斯塔克實驗室合作,將該實驗室試圖使用合成方法來理解地球生命起源的工作視覺化。

 

 

洛布的遺產也以研究克隆動物和重程式設計幹細胞的研究人員的形式延續下來。從一種細胞型別開始,透過新增不同的化學物質誘導其分裂和改變;將成體細胞轉化為幹細胞,這些幹細胞有可能成為體內的任何細胞或整個動物。

 

 

今天的“合成生物學”通常用於描述三個獨立但相互關聯的研究計劃,旨在為替代能源、醫學和環境工程生命——構建基於可互換生物“零件”化學合成基因通路或整個基因組以及嘗試用原始細胞重建最早生命形式的基因電路和裝置。受工程學啟發的生物學的過去和現在比大多數該領域的文獻綜述所能涵蓋的範圍更廣闊、更古怪,本部落格致力於各種合成生命形式和人工生命形式。

作為合成生物學的積極參與者,我寫這個部落格的目標絕不僅僅是促進對新科學技術的接受,而是讚美生物學和工程學的創造力以及所有奇怪的混合物,嘗試批判性地參與新的發展和新的承諾,併成為社會和技術相互關聯的非常複雜的方式中非常小的一部分。

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.

More by Christina Agapakis
© .