زیست‌شناسی مصنوعی

تحقیقات زیست‌شناسی مصنوعی در مرکز تحقیقات ایمز.

زیست‌شناسی مصنوعی (به انگلیسی: Synthetic Biology) (SynBio)، حوزه تحقیقاتی بین-رشته‌ای است که به دنبال ایجاد اجزاء، دستگاه‌ها، سامانه‌های زیستی، یا بازطراحی سامانه‌های زیستی موجود در طبیعت است.

زیست‌شناسی مصنوعی، شاخه علمیست که دامنه وسیعی از روش‌شناسی‌های شاخه‌های دیگر را در بر می‌گیرد که شامل این موارد اند: زیست‌فناوری، مهندسی ژنتیک، زیست‌شناسی مولکولی، مهندسی مولکولی، زیست‌شناسی سامانه‌ها، علوم غشایی، بیوفیزیک، مهندسی شیمی و زیست‌شناختی، مهندسی برق و کامپیوتر، مهندسی کنترل و زیست‌شناسی تکاملی.

به علت بیشتر شدن توانایی‌های مهندسی ژنتیک و کاهش هزینه‌های سنتز و توالی‌یابی DNA، حوزه زیست‌شناسی مصنوعی به سرعت در حال رشد است. در ۲۰۱۶، بیش از ۳۵۰ شرکت در ۴۰ کشور به‌طور فعال در کاربردهای مرتبط با زیست‌شناسی مصنوعی دخیل بودند؛ به گونه‌ای که تخمین زده می‌شود که تمام این شرکت‌ها دارای ارزش بازاری خالص ۳٫۹ میلیارد دلاری باشند.^[۱]

تعریف

در حال حاضر برای زیست‌شناسی مصنوعی، تعریفی که مورد قبول همگان باشد، وجود ندارد. در اینجا چند مثال از تلاش برای تعریف این شاخه علمی آورده شده:

• «استفاده ترکیبی از مهندسی فیزیکی و مهندسی ژنتیک جهت ایجاد (ساخت مصنوعی) اشکال حیات»^[۲]
• «شاخه نوظهور تحقیقاتی که تلاش جهت ترکیب دانش و روش‌های زیست‌شناسی، مهندسی و شاخه‌های مرتبط با طراحی و سنتز شیمیایی DNA جهت خلق موجودات با مشخصات و ویژگی‌های جدید یا ارتقاء یافته می‌کند.»^[۳]
• طراحی و ساخت ماژول‌های زیستی، دستگاه‌های زیستی، و ماشین‌های زیست‌شناختی یا بازطراحی سامانه‌های زیست‌شناختی جهت اهداف مفید."^[۴]
• «اعمال پارادایم مهندسی طراحی سامانه‌ها بر روی سامانه‌های زیست‌شناختی، جهت تولید سامانه‌های قدرتمندی با عملکردهای نوینی که در طبیعت موجود نیستند» (کمیسیون اروپا، ۲۰۰۵) چنین سامانه‌هایی ممکن است شامل اسمبلر مولکولی همچون ریبوزوم‌ها یا اسمبلرهای مشابه طبیعی باشند.^[۵]

زیست‌شناسی مصنوعی، به‌طور سنتی به دو رهیافت متفاوت تقسیم‌بندی می‌شده: از بالا به پایین، و از پایین به بالا:

1. در رهیافت بالا به پایین، از فنون متابولیکی و مهندسی ژنتیکی استفاده شده تا عملکردهای جدیدی به سلول‌های زیستی داده شود.
2. در رهیافت پایین به بالا، سامانه‌های زیست‌شناختی جدیدی به صورت in vitro ساخته شده تا بدین طریق، اجزاء زیست-مولکولی «غیر زنده» گردهم آورده شود.^[۶] اغلب هدف این رهیافت، ساخت سلول مصنوعیست.

بنابراین، سامانه‌های زیست‌شناختی به طریق ماژولی اسمبل (سرهم‌بندی) می‌گردند. اغلب علاوه بر ماشین‌های مولکولی غشایی، از سامانه‌های بیان پروتئین بدون-سلول نیز بهره گرفته می‌شود،^[۷][۸][۹] با تشکیل سلول‌های دورگه زنده/مصنوعی،^[۱۰] و مهندسی ارتباط بین جمعیت‌های سلولی زنده و مصنوعی،^[۱۱] تلاش‌های فزاینده‌ای جهت پل زدن روی شکاف‌های موجود بین این رهیافت‌ها صورت می‌پذیرد.

تاریخچه

۱۹۱۰: اولین مورد استفاده از عبارت «زیست‌شناسی مصنوعی» که یافت شده، به اثر چاپ شده‌ای از استیفن لدوک با عنوان Théorie physico-chimique de la vie et générations spontanées بر می‌گردد.^[۱۲] همچنین او در سال ۱۹۱۲ این عبارت را در اثر دیگرش با عنوان La Biologie Synthétique نیز بکار برد.^[۱۳] ۱۹۶۱: جیکوب و مونود، تنظیم سلولی توسط شبکه‌های مولکولی را از طریق مطالعاتشان بر روی اوپران لک در E. coli فرضیه سازی کرده و توانایی سرهم‌بندی کردن (اسمبل کردن) سامانه‌های جدید از مؤلفه‌های مولکولی را رؤیاپردازی نمودند.^[۱۴]

جستارهای وابسته

• مهندسی زیستی
• زیست‌تقلید
• زیست‌شناسی محاسباتی
• مدل‌سازی سیستم‌های زیستی
• ذخیره داده دیجیتال در دی‌ان‌ای
• آی‌جی‌ای‌ام
• پزشکی ترمیمی
• مهندسی بافت
• زنوبیولوژی

پانویس

1. Bueso, F. Y.; Tangney, M. (2017). "Synthetic Biology in the Driving Seat of the Bioeconomy". Trends in Biotechnology. 35 (5): 373–378. doi:10.1016/j.tibtech.2017.02.002. PMID 28249675.
2. Hunter, D (2013). "How to object to radically new technologies on the basis of justice: the case of synthetic biology". Bioethics. 27 (8): 426–434. doi:10.1111/bioe.12049. PMID 24010854.
3. Gutmann, A (2011). "The ethics of synthetic biology: guiding principles for emerging technologies". Hastings Center Report. 41 (4): 17–22. doi:10.1002/j.1552-146x.2011.tb00118.x. PMID 21845917. S2CID 20662786.
4. Nakano, Tadashi; Eckford, Andrew W.; Haraguchi, Tokuko (12 September 2013). Molecular Communication. Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-02308-6.
5. "Productive Nanosystems: A Technology Roadmap" (PDF). Foresight Institute. Archived from the original (PDF) on 25 October 2016. Retrieved 25 March 2021.
6. Schwille P (September 2011). "Bottom-up synthetic biology: engineering in a tinkerer's world". Science. 333 (6047): 1252–4. Bibcode:2011Sci...333.1252S. doi:10.1126/science.1211701. PMID 21885774. S2CID 43354332.
7. Noireaux V, Libchaber A (December 2004). "A vesicle bioreactor as a step toward an artificial cell assembly". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (51): 17669–74. Bibcode:2004PNAS..10117669N. doi:10.1073/pnas.0408236101. PMC 539773. PMID 15591347.
8. Hodgman CE, Jewett MC (May 2012). "Cell-free synthetic biology: thinking outside the cell". Metabolic Engineering. 14 (3): 261–9. doi:10.1016/j.ymben.2011.09.002. PMC 3322310. PMID 21946161.
9. Elani Y, Law RV, Ces O (June 2015). "Protein synthesis in artificial cells: using compartmentalisation for spatial organisation in vesicle bioreactors". Physical Chemistry Chemical Physics. 17 (24): 15534–7. Bibcode:2015PCCP...1715534E. doi:10.1039/C4CP05933F. PMID 25932977.
10. Elani Y, Trantidou T, Wylie D, Dekker L, Polizzi K, Law RV, Ces O (March 2018). "Constructing vesicle-based artificial cells with embedded living cells as organelle-like modules". Scientific Reports. 8 (1): 4564. Bibcode:2018NatSR...8.4564E. doi:10.1038/s41598-018-22263-3. PMC 5852042. PMID 29540757.
11. Lentini R, Martín NY, Forlin M, Belmonte L, Fontana J, Cornella M, Martini L, Tamburini S, Bentley WE, Jousson O, Mansy SS (February 2017). "Two-Way Chemical Communication between Artificial and Natural Cells". ACS Central Science. 3 (2): 117–123. doi:10.1021/acscentsci.6b00330. PMC 5324081. PMID 28280778.
12. Théorie physico-chimique de la vie et générations spontanées, S. Leduc, 1910
13. Leduc S (1912). Poinat A (ed.). La biologie synthétique, étude de biophysique. Archived from the original on 27 September 2016. Retrieved 27 March 2021.
14. Jacob, F. ß. & Monod, J. On the regulation of gene activity. Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 26, 193–211 (1961).

کتابشناسی

• Church, George; Regis, Ed (2012). How Synthetic Biology will Reinvent Nature and Ourselves. New York, NY: Basic Books. ISBN 978-0-465-02175-8.
• European commission (2016) Synthetic biology and biodiversity ; Science for Environment Policy (2016) ; Future Brief 15. Produced for the European Commission DG Environment by the Science Communication Unit, UWE, Bristol. [۱], PDF, 36 pages.
• Venter, Craig (2013). Life at the Speed of Light: The Double Helix and the Dawn of Digital Life. New York, NY: Penguin Books. ISBN 978-0-670-02540-4.

پیوند به بیرون

• Synthetic biology books popular science book and textbooks
• Introductory Summary of Synthetic Biology بایگانی‌شده در ۲ آوریل ۲۰۱۸ توسط Wayback Machine. Concise overview of synthetic biology concepts, developments and applications
• Collaborative overview article on Synthetic Biology بایگانی‌شده در ۲۸ ژوئیه ۲۰۱۶ توسط Wayback Machine
• Controversial DNA startup wants to let customers create creatures (2015-01-03), San Francisco Chronicle
• It's Alive, But Is It Life: Synthetic Biology and the Future of Creation (۲۸ سپتامبر ۲۰۱۶), World Science Festival