1.5.2　核心技術不斷升級

在生物元件和基因線路的設計構建方面，自2000年人工合成首個生物開關和壓縮振蕩子后，多種優質調控元件和更復雜的基因回路等相繼出現。隨著國際基因工程機器大賽舉辦以及合成生物學定義在國際范圍內得到廣泛認可，許多令人驚嘆的科研成果橫空出世，元件和線路設計的里程碑式研究不斷出現，揭示了生物系統“有序性”的形成原理，為合成生物學家從頭設計復雜生命體系提供了重要理論指導。例如，基于共轉錄tRNA構建出翻譯層面的AND邏輯門；群感系統被進一步改造用于實現多細胞模式；感應線路的開發可以在細胞內將光輸入轉化為基因表達。設計全新蛋白質及其功能方向也不斷有新進展。尤其是基于新一代人工智能系統精確預測蛋白質的三維結構，其準確性已接近冷凍電子顯微鏡、X射線晶體學等實驗技術，為全新蛋白質的設計奠定了基礎。

遺傳物質的編輯、合成和組裝技術是合成生物學的基礎，因此基因編輯技術的發展能夠極大推進合成生物學的廣泛應用，同時合成生物學可以促進現有的基因組編輯工具的優化。從 2012 年起，科學家利用 CRISPR/Cas9系統的可編程和精準切割等特點陸續開發了一系列基因組編輯的工具，其宿主目前已經覆蓋了從細菌到高等生物的范圍，在復雜基因線路設計、微生物基因組編輯等合成生物學領域取得了突破性進展。例如，Wu等人在大腸桿菌中應用CRISPRi系統對糖酵解途徑、TCA 循環、脂肪酸合成途徑進行調控，實現了類黃酮的增產；利用合成生物學技術和CRISPR基因編輯技術，開發了高適應性、高敏感度的CRISPR分子診斷方法，針對多類病原的CRISPR分子診斷方法已進入臨床研發階段。

合成生物學底盤細胞的改造與構建，是實現“造物致知”和“造物致用”目標的重要手段，也將為構建細胞工廠提供優良的底盤。英國布里斯托大學的研究人員采用自下而上的策略設計了一種新型人造合成細胞，他們將大腸桿菌和銅綠假單胞菌兩種細菌菌落與微滴混合在黏稠的液體中，打破細菌膜，使細菌溢出其內容物——這些內容物被液滴捕獲以產生膜包被的原始細胞。研究人員已證實，這些細胞能夠進行復雜的處理，例如通過糖酵解產生能量儲存分子腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP），以及基因的轉錄和翻譯。這是首次利用原核細胞構建類真核細胞體系，對合成生物學具有很大的幫助。丹麥科技大學和加州大學伯克利分校的研究團隊通過56次基因編輯對酵母細胞進行基因工程改造（涉及 30 個合成步驟），以生物合成抗癌藥物長春堿和長春新堿，這是目前為止利用微生物作為細胞工廠進行生物合成的最長合成線路，未來可以作為一種生產平臺生產更多的生物分子。