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钟超:基因编程年代已降临?它怎么改造微生物,发明新材料

admin 2019-08-19 338人围观 ,发现0个评论

|钟超:上海科技大学物质科学与技术学院助理教授

幻想一下,你身体里的某个细菌,在你的肠道里可以抵挡癌症,乃至可以调理生命体里其他的疑难杂症。基因编程,是用像计算机相同的言语来改造DNA。它是怎样发明新资料的?请听上海科技大学的钟超教授在@一刻talks《了不得的好奇心|科学侠》中的共享。

文钟超:基因编程年代已降临?它怎么改造微生物,发明新材料章共3154,阅览需求13分钟

我是钟超,来自上海科技大学物质科学与技术学院,我的研讨范畴是一个结合了资料科学和组成生物学的穿插范畴。

这个范畴是经过使用基因编程,像计算机相同的言语,用于整合到生命体里,改造DNA,让生命体之后可以依照设定的方法具有特别的功用。

比方幻想一下你的一个细菌在你的肠道里边可以抵挡癌症疾病,乃至可以调理生命体里边的一些疑难杂症,从另一个视点来说,它也可以协助咱们的农业出产进步许多的出产这样的一个农业果实。

钟超:基因编程年代已降临?它怎么改造微生物,发明新材料

用浅显的言语来讲,便是用基因编程的方法来改造生命体,发生有用的资料。

组成生物学是什么?

这是一个十分新式的范畴,它结合了传统的生物工程手法,和现在为止计算机乃至工程视点的一些工程原则。

当你对生命体加以解剖、了解的时分,假如从它的根本元件开端发掘,你或许可以最终把它凑成一个完好的机器。了解每个机器、每个元件起什么效果,到对整个生命体全体的奉献,这样就可以协助了解生命是怎么来源的。

从使用视点来讲,假如你能对生命体进行改造,可以让这个生命体具有特别的设定的功用,你就可以去用这样的生命体,用于医治疾病,出产有用的资料,出产化妆品,乃至出产动力。

为什么要研讨组成生物学?

前期我的研讨范畴是资料科学,在很长一段时间内,我都会想一些十分有意思的问题。比方咱们的骨骼资料,它是一种资料,对不对?但这种资料它有生命的特征。比方当你在踢球的时分,不小心把你的脚给崴了,你的骨头在两三个月之后会主动修正。

跟着人的年纪增加,比方咱们的爷爷辈,他不小心把自己的骨头折断了后,你会疑问为什么老年人的骨头更简单折断?是由于跟着年纪的增加,它有一个degenerate(退化)的进程,所以这些都是动态资料。

我在想这种资料,其实是实实在在的一个有机无机、还包含细胞的混合体。可是,在咱们常用到的人工资料里,比方塑料、金属(当然它们在某个特别阶段发挥了很重要的效果),这些资料都是没有生命的。在21世纪的生命国际,怎么去翻开生命里的潜力,我个人觉得从资料范畴,凭借于生命的概念去推动的话,会有许多重要含义。乃至可以获取传统资料不具有的一些特征。比方刚刚我说的自我再生、自我修正的功用。

这些一旦成为你的未来工程资料,可以幻想一下,你的资料在被破损之后它可以自我修正,是多么奇特的一个场景。所以在那时分我就在有意识地去探钟超:基因编程年代已降临?它怎么改造微生物,发明新材料究这个范畴。

我应该是第一个从资料科学,踏入这个穿插学科范畴的科研作业者。从那时开端,我就觉得这个范畴蕴藏着许多时机,现实也证明晰我的眼光是对的,由于现在看来这个范畴是指数级增加,是一个开展很快的范畴。

一起由于我的资料布景,我可以给这个范畴带来许多资料的思维,可以用组成生物学推动资料的开展,我觉得是十分有含义的一件作业。

(在博后期间),我是从资料范畴跨界到电子器材范畴,在那个范畴里边,咱们用生物高分子做出了一个质子晶体管,咱们开始的意图是想开展一个可以跟人脑对接的机器。

由于我知道人体里边,信息源或动力的传输,是经过离子流和质子流,但咱们现在为止的这种器材,它是根据电子流的。现在有一个簇新的topic(论题),便是怎么用这样的电子器材,去探究生命里边的脑科学的界面。

可是在人体里,就像我刚刚说的,有许多质子流还有些小分子,你假如用一个电子器材去探究这种隐秘的话,就存在言语不匹配的问题。咱们发明晰这种质子晶体管,便是想打破这个边界。

现在为止,质子晶体管用于监测人体、人脑的界面时,能供给一个更好的界面让人去研讨它,尽管这仅仅一个十分根本的设备的证明,但我仍然觉得现在看来这是十分大的打破,对我来讲是一次跨范畴的斗胆测验,最终也取得了成功。

组成生物学的来源与现状

组成生物学最早来源于上个世纪六七十年代,有一些科学家在改造基因视点,在基因层面、对基因加以编程之后,让细菌具有必定的特别功用。但现在为止,真实含义上的组成生物学起步是在2004年,15年前,其时组成生物学第一届会议在麻省理工举行。

那个时分的长辈组成生物学家正在做的作业,便是经过引进电子电路设计的一些原理,把它从头放到细胞层面、细菌层面,让细菌可以听指令,在DNA指令的一些调理下,依照所需的方法,输出你想要的信号。

比方打一束光,它接纳光之后可以发荧光。让细菌感触一个信号后,它可以发生特定的一些描摹,所有这些对现代的组成生物学的开展都是十分好的衬托,由于其时它证明晰组成生物学还可以这样去干。给了咱们许多启示。

到2010钟超:基因编程年代已降临?它怎么改造微生物,发明新材料年后,这个范畴开展得十分敏捷,每年大概有上千篇乃至上万篇文章呈现,许多作业是往使用视点开展。比方美国许多的风投公司正在重视的一个范畴,叫做Living therapeutic——活体药,便是把细菌乃至活细胞、哺乳动物细胞,经过基因改造,作为一种新的医治方法引进人体,这样它就具有了可以感知你疾病,监测你疾病状况的功用。所以说这个范畴越来越往使用开展了。

组成生物学的含义与效果

咱们实验室的英文名称缩写是IBME——生物创意分子工程实验室,咱们是使用组成生物学的方法、基因编程的东西,来推动资料科学和纳米科技的前沿研讨,咱们的研讨期望这些纳米技术也好,新资料也好,都具有特别的功用,可以处理人们在动力、生物医药、乃至现在环境里碰到的钟超:基因编程年代已降临?它怎么改造微生物,发明新材料各种扎手的问题。

回归到我自己,我期望凭借这样的组成生物学,这种生物工程的新东西,来开展、推动资料范畴的一些钟超:基因编程年代已降临?它怎么改造微生物,发明新材料最前沿的研讨。

我为什么取这个整合的生物创意分子工程实验室的姓名,便是期望我的学生可以打破资料科学自身的边界,借用其他范畴的东西来制作新资料。咱们有这样的初衷,所以叫了这个姓名。

我和我团队比较值得自豪的一件作业,是在回到上科大创建的团队后,初次证明了许多概念,咱们开展了一个可打印、可编程的细菌生物被膜,一个活体功用资料渠道,用咱们前面讲的基因修改和资料加工的手法,可以实实在在地把细菌变成我想要的,具有活体生命特征的一种资料。

这种资料可以在生物医药、动力、生物修正、环境保护方面都有很大的、潜在的使用,这不只仅是一个研讨,而是一个发散型的渠道。咱们很高兴能做出这样原创性的效果。

咱们团队想打破常规,我更期望让我的学生沿着大方向去辨认十分有含义的问题,针对这些问题勇于提出自己原创的主意。我个人认为,在这个进程中,可以跳出框框,不受结构所约束,是十分重要的。源续不断的立异,应该是从源头立异。

我回到国内的时分,和我研讨生的同学(咱们课题组里的一个学生)聊的时分,咱们发现黏合剂都是根据高分子资料,或许根据蛋白资料,但海洋底下的动物,它不只具有水下黏合的效能,一起还能根据需求对环境做出呼应,在需求黏合的时分就黏合。

那我就想,假如可以结合生命体对环境感知的才能,开展一种活体胶水的话,这个胶水或许是智能化的,在你需求的时分就黏合,在你不需求的时分它就不具有黏合的功用。这样就开展成了一个奇特的胶水,成了咱们实验室原创的作业,即活体胶水的一个概念。

咱们做的东西十分工程,十分期望天马行空,把一些很有含义的东西,在实验室重建,乃至把它推行到具有商业化潜力的或许性。

科学之美

我觉得科学立异的美在于把一些不知道的东西、不知道范畴的东西,乃至这个国际原本已存在,可是人们不知道的东西给找到,一起给它赋予必定的含义。

从科学技术立异的视点,把已知的、自然界存在的一些大自然的创作,经过基因改造,乃至人工组成,加以资料辅佐的手法,把它变成有用的物质在实验室重建,乃至推行到大规模的出产,这个进程我觉得都是立异之美。能让不知道的东西,或许自然界自身给你的启示、启迪,带给你实实在在的产品。

我的范畴更偏工程,我一向带着一个问题:我能不能加以使用它,改造它;当然,从根底视点,有许多实实在在的科研作业是在研讨自然界为什么会这样,或许是某个细胞也好,它为什么具有自我再生的功用,这也是自然界的科学之美。

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