生命科学的新视角

研究人员齐聚特拉华大学首次合成生物学研讨会

生物学——这门研究生命、生物体及其维持生命的进程的科学，与许多其他科学领域如化学、物理和数学紧密相连，这些学科帮助我们更好地理解细胞、遗传学、进化以及许多生物系统的相互作用。

合成生物学是一个快速发展的科学领域，它利用生物学和工程学中的创新技术，包括DNA测序和合成。其目标是在生物系统中创造新的或改进的功能，以解决医学、制造业、农业、能源及其他领域的长期问题。例如，生成用于移植的新器官，增强植物以抵御更长时间的干旱。

为此，近100名特拉华大学的研究人员在一月份聚集在一起，参加了特拉华大学首次全校范围的合成生物学研讨会。他们来听取志同道合的同事的工作介绍，了解UD的核心设施和能力，并探索新的合作项目的机会。

“作为一个领域，[合成生物学]依赖于合作和跨学科研究，”特拉华大学负责研究、学术和创新的副校长Miguel Garcia-Diaz说。“这些已经是我们在大学的优势。你们中的许多人已经在使用合成生物学方法。因此，我们在这一领域有很大的增长潜力。我们有机会成为合成生物学的主要中心。”

像这样的有意组织的活动常常会产生原本不会发生的联系。这次首届研讨会的前一天，第五届大西洋中部合成生物学研讨会在特拉华大学的科学技术与先进研究校区（STAR Campus）举行，由特拉华大学化学与生物分子工程系Thomas Willing Early Career助理教授Aditya Kunjapur主持。

研讨会的日程揭示了一系列已经进行中的项目，涉及生物学、化学和生物分子工程、植物和土壤科学、物理学、医学实验室研究、计算机科学、生物制造以及机械和电气工程。

五分钟左右的演讲提供了对研究人员工作的快速介绍。其中讨论的调查包括：

• 植物学家Harsh Bais介绍了微生物之间的相互作用；土壤中存在的微生物以及它们如何在地球上和太空中与植物相互作用；土壤微生物与人类健康之间是否存在联系；以及微生物是否可以增加农业谷物的蛋白质含量。

• 分子生物学家Mona Batish通过用荧光探针标记RNA，使其在显微镜下“像圣诞灯一样亮起来”，从而研究RNA和信使RNA在植物、细菌和人体系统中的相互作用。环状RNA强韧耐用，可作为疾病或治疗的生物标志物。它从一个细胞传递到另一个细胞，在到达目的地后可以改变该细胞的活性。

• 化学和生物分子工程师Mark Blenner正在创建具有新功能的细胞和蛋白质，以提高它们的生产能力。这项工作应用于可持续化学品生产、生物能源、人类健康、国家安全和太空探索。它结合了合成生物学、代谢工程、蛋白质工程和系统生物学。

• NIIMBL执行董事兼BioLogicB首席执行官Barry Buckland讨论了设计和生产半合成抗生素的新方法，例如从青霉素生产氨苄青霉素。氨苄青霉素是目前最常用的抗生素。青霉素成本更高且生产时间更长。合成生物学使得通过发酵更高效地生产氨苄青霉素成为可能。

• 化学工程Gore教授Wilfred Chen讨论了他的实验室在动态控制基于蛋白质材料和细胞表型（特征和特性）方面的工作，用于癌症治疗。

• 土木与环境工程系教授Pei Chu讨论了他的实验室关于黑碳在减少湿地、稻田和垃圾填埋场产生的甲烷方面的作用的研究。黑碳来自农业废物、野火残余物和火山熔岩等。

• Aditya Kunjapur讨论了扩大细胞能够制造的分子种类及其制造地点的工作。他致力于代谢工程、化学生物学和基因组工程，旨在利用合成生物学实现新的微生物能力和保障措施，以解决人类和地球健康问题。

• 物理与天文学系副教授Edward Lyman穿着一件写着“我爱脂质”的T恤，讨论了他对膜生物物理学、脂质生物物理学、分子动力学模拟和膜蛋白-脂质相互作用的研究。

• 医学和分子科学副教授Vijay Parashar讨论了通过干扰细胞间的通信和信号传导来解决抗生素耐药性问题的创新方法。这些系统是细菌用来响应环境并增加生存机会的。

• 生物信息学和计算生物学中心副主任Shawn Polson讨论了研究微生物病毒的努力，解释了生物解释的挑战以及理解病毒复制机制的重要性。

• 生物科学助理教授Karl Schmitz讨论了蛋白酶如何靶向正确的蛋白质进行分解，以及如何利用它们构建受调控的蛋白水解电路，这对于开发新的抗生素靶点至关重要。

• 生物科学助理教授Molly Sutherland讨论了她对细胞色素c的研究，这些蛋白质在细胞中起着重要作用，参与细胞呼吸、光合作用、解毒和细胞死亡（当身体清除受损细胞时）。

参与者还听取了约翰霍普金斯大学布隆伯格公共卫生学院教授Gigi Gronvall的重要讲话，她是本次活动的主题演讲嘉宾。

作为一名免疫学家，Gronvall在合成生物学方面撰写了大量文章，并在疫情期间广泛参与了对COVID-19的应对和起源的研究。她撰写了《合成生物学：安全、安保与前景》一书，并在多个国务院和国家科学院委员会中担任威胁方面的顾问。

据Gronvall称，生物经济在美国是一个价值9500亿美元的产业——并且还在不断增长。虽然人们对正在发展的技术感到兴奋，但也存在重要的担忧。

“我们希望看到一个伦理和负责任的未来，而这不会自然而然地发生，”她说。她和其他人正在努力推动这一愿景。

去年，Gronvall和同事们（包括特拉华大学的Kunjapur）在开放获取期刊《Cell Press》上共同撰写了一篇论文，详细介绍了生物技术的新兴趋势。这篇论文聚焦于作者认为应该指导这个不断增长领域的规范——安全、安保、可持续性和社会责任。

Gronvall表示，需要做更多的工作来建立监管框架和流程，以便将生物技术解决方案推向行业。

当Blenner问及教师如何最好地培训新兴科学家和工程师时，Gronvall表示教师可以与新研究人员展开对话，帮助他们考虑他们的工作可能被滥用的方式。这是一个重要的考虑因素。

“当你发表接近界限的东西，或者可能引入漏洞的东西时，重要的是要表明你已经考虑过这些问题，并解释为什么仍然重要去做，”她说。

面对众多研究生听众，Gronvall鼓励那些渴望加入合成生物学领域的学生建立网络，特别是与比他们早五年到六年的同行或同事保持联系。

“有很多不同的路径，”她说。“与你想去的地方的人保持联系。他们会有最好的知识。”

除了这些演讲者外，研讨会参与者还了解了UD提供的资源，包括高性能计算核心、AI卓越中心、生物信息学数据科学核心设施、流式细胞仪和单细胞核心设施、特拉华生物技术研究所的生物成像中心和测序与基因组中心。他们还听取了研究办公室资助项目办公室成员的介绍，该办公室帮助促进拨款提案的提交。

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