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系統生物技術

標籤:系統學

系統生物學的生物技術,高通量組學生物技術、生物計算技術、生物信息技術和合成生物技術等,系統生物技術與物理生物學、化學生物學、納米生物學和合成生物學等交叉,構成系統生物學研究與應用的技術方法體系。

1系統生物技術定義

(Systems Biotechnology 或 Biosystems Technology)
系統生物技術,屬於系統生物學及其系統生物醫學(systems biomedicine或biosystems medicine)、系統生物工程應用的技術科學,也可稱為基於系統生物學的生物技術。20世紀60年代誕生了生物技術學(biotechnology),也翻譯成「生物工程學,最初指工業微生物發酵技術,70年代后的基因重組技術發展,形成了發酵工程、細胞工程、酶工程與基因工程等」,系統生物技術(systems biotechnology)也譯成系統生物工程學;但是,生物工程學(bio-engineering)更準確地應屬於工程學科而更多涉及工程製造、設計與施工等,系統生物技術架建了系統生物科學(systems bioscience)與系統生物工程(bio-engineering)之間的橋樑。
1999年初中科院曾邦哲在德國建立系統生物科學與工程英文網站(genbrain biosystem network),並定義基於生物系統論的實驗(experimental)、計算(computational)、工程(engineering)方法的生物系統分析與人工生物系統研究,以及在線刊登了生物自組織系統的結構論 - 泛進化理論,依據「負熵」是「信息」的概念和詮釋信息為自組織化的度量,闡述了生物是從分子、細胞到器官、個體等層次的遺傳與發育自組織化信息控制系統。1989年在美國召開的生物化學系統論與計算機模型國際研討會,探討了計算系統生物學研究方法。1974年,波蘭遺傳學家斯吉巴爾斯基(Waclaw Szybalski)稱基因重組技術為合成生物學概念,1978年,諾貝爾醫學獎頒給發現DNA 限制酶的納森斯(Daniel Nathans)、亞伯(Werner Arber)與史密斯(Hamilton Smith)時,斯吉巴爾斯基在《基因》期刊中寫道:限制酶將帶領我們進入合成生物學的新時代。1980年Hobom B.稱基因重組技術為合成生物學,隨著分子系統生物學與DNA人工合成技術的發展,2000年E. Kool重新提出,而後D.Endy等論述合成生物學為基於系統生物學的基因工程技術。20世紀中未期,隨著化學生物學、計算生物學、合成生物學的發展,高通量組學技術與生物晶元、計算機軟體與數學建模和基因人工合成等技術構成了系統生物技術的基礎。

2系統生物技術內容

系統生物技術,基於生物系統論方法的實驗、計算與工程技術,主要包括:1)、組學(omics)系統生物技術,涉及高通量生物晶元技術、納米生物技術,基因組、蛋白質組、代謝組學等生物技術;2)、計算系統生物技術,涉及生物信息學、生物系統數學模型、生物技術軟體包,細胞信號傳導與基因調控網路模型等;3)、合成、轉基因系統生物技術,涉及基因、全基因、基因組的合成與工程設計技術與建構(construction)、轉基因生物技術,以及人工鹼基的DNA合成等。
系統生物技術核心內容是依據系統科學原理,採用分子生物技術和計算生物技術,包括微流控技術晶元實驗室(Lab. on Chip)和組學生物學開發臨床分子診斷、藥物篩選與製藥技術,尤其合成生物學進行細胞信號傳導、基因調控和代謝網路等人工設計與建構,從而開發藻類生物能源技術、代謝工程生物反應器、生物細胞煉製工廠和生物計算機技術等。

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