合成生物学：被誉为“第三次生物技术革命”，五大挑战尚待解决

合成生物学一直以来都是生命科学领域的一个重要分支，它通过重新设计和构建生物系统的基因组来创建新的生物功能。虽然合成生物学在实验室研究中取得了显著的进展，但要将这些理念和技术应用于产业化生产，仍然面临着一系列挑战。近年来，生物传感器分析仪作为一种关键的工具，已经开始在合成生物学产业化中崭露头角，为工艺优化和放大提供了关键的支持。

 

合成生物学产业和市场增长迅速

 

当前的合成生物学产业和市场发展呈现出令人兴奋和迅速增长的趋势，具有特点：

 

1、高速增长：合成生物学产业正经历着高速增长，吸引了大量资金和人才的投入。从基础研究到产业化应用，合成生物学的范围不断扩大。

 

2、多领域应用：合成生物学不仅在传统的生物制药领域有广泛应用，还涵盖了能源、化工、农业、环保等多个领域。这种多领域应用的特点为产业带来了更大的商机。

 

3、创新技术：随着合成生物学技术的不断创新，包括CRISPR-Cas9等新技术的应用，生物工程领域的创新层出不穷，有助于开发出更高效、更精确的生物体系。

 

4、商业化和产业化：合成生物学不再局限于实验室，越来越多的创业公司和大型企业涉足其中，将科研成果转化为实际产品和服务，推动了合成生物学的商业化和产业化。

 

5、国际合作：合成生物学的发展趋势表明，国际合作和知识共享变得至关重要。合作可以加速新技术的研发和推广，促进全球合成生物学社区的共同发展。

 

6、伦理和法规：随着合成生物学的迅速发展，涉及生命科学和生物安全的伦理和法规问题也日益受到关注。政府和国际组织正积极制定相关政策，以确保安全和伦理的合成生物学应用。

 

随着合成生物学的发展和应用领域的增加，市场规模的增加，金融资本的涌入，越来越多的有关于生物从头合成基础研究被提上日程。这种需求对于仪器高通量、自动化的需求愈发紧迫。如DNA合成仪、PCR、高通量测序仪、生物传感器等等。

 

 

 

合成生物学是一个不断创新的领域，涉及到许多新兴技术，如CRISPR基因编辑、合成生物学电路设计等。科学仪器制造商可以通过研发与这些新技术相关的仪器和设备来满足市场需求。科学仪器制造商可以受益于合成生物学领域对这些仪器的不断增长的需求。

 

合成生物学的五大挑战

 

早在合成生物学发展的第一个十年，Nature 就曾刊文指出合成生物学发展面临的五大挑战，时至今日，这些挑战仍是企业面临的研发难点。首先，仍存在大量生物元件未被清晰表征，即使进行过测试，元件性能也会因不同细胞类型、不同实验条件而改变。第二，细胞内代谢通路难以预测性设计，即使每个生物元件的功能已知，但当多个元件组合起来，仍有可能无法如预期般工作。第三，细胞内代谢系统复杂性难以处理，随着代谢通路系统越来越大，构建和检测它们的过程愈发复杂; 揭示参与反应路径的基因、开发或改善元件以控制基因表达的工作量巨大。第四，存在很多不相容的元件，一旦合成的基因回路被构建并放入细胞，其可能对宿主细胞产生预期之外的影响。第五，细胞内的分子活动容易受到随机波动、噪声影响，生长条件的变异、随机出现的基因突变都将影响细胞表现，导致“细胞工厂”的鲁棒性差。

 

生物培养作为解决以上问题的关键技术，在合成生物学中起着至关重要的作用，它为研究人员提供了一个控制微生物或细胞繁殖生长的环境。以下是合成生物学中生物培养的作用：

 

1、微生物和细胞的繁殖：合成生物学依赖于微生物（如大肠杆菌）和细胞（CHO细胞）来执行各种生物合成任务。生物培养提供了一个受控的环境，支持这些生物的生长和繁殖，从而为合成生物学的实验提供了基础。

 

2、基因工程和遗传改造：在生物培养中，研究人员可以进行基因工程和遗传改造，以构建具有特定功能的微生物或细胞。这些改造包括插入、删除或修改基因，以生产所需的生物产物，如药物、酶、生物燃料等。

 

3、代谢工程：生物培养为代谢工程提供了平台，可以调控微生物或细胞的代谢途径，以提高产物产量和质量。这在合成生物学中是非常重要的，因为它可以优化生物合成路径。

 

4、筛选和优化：在合成生物学中，需要对大量的微生物或细胞进行筛选和优化，以找到表现最佳的生物体。生物培养系统可以在高通量条件下进行这些实验，以加速新合成路径的发现和开发。

 

过程分析：走向工业化的捷径

 

规模化生产是合成生物产品实现商业化的路径，工艺放大过程中的不稳定因素容易造成定向生产失效。例如摇瓶、小试培养不注重碳氮源代谢检测方法的适用性和专一性，导致工艺数据不能稳定平移到大发酵；甚至很多研究人员往往关注从0到1的成果，不关注培养过程，导致筛选的菌种不符合大规模发酵的要求。从实验室到工厂，即使是环境的微小变化都可能造成方向性的偏差，导致量产失败，无法在工厂产线中复现试验阶段的产品品质和产率等。

 

 

 

M-100 自动化生物传感器分析仪

 

 

 

M-2000高通量自动化生化分析仪

 

 

 

AP-100全自动在线生化分析仪

 

西尔曼为客户提供基于生物传感器技术的过程快速检测方法，我们的生化分析仪能够实时监测生物培养过程中的关键参数，如葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺、谷氨酸、铵离子、钠离子、钾离子、钙离子（赖氨酸、乙醇、甲醇、木糖、蔗糖、半乳糖、甘油、胆碱、丙酮酸）、二氧化碳（PCO2）、溶氧(PO2)、pH等。这有助于科研人员及时了解培养状态，优化生产过程，确保产品质量。

 

我们的在线pH、溶氧电极可以实时监测培养液的pH和溶氧浓度，为生物培养提供精准的环境控制，保障培养过程的稳定性和一致性。

 

西尔曼产品涵盖生物培养领域的关键需求，包括生物培养振荡器、生物过程生化分析仪、在线pH和溶氧电极等。这些创新性产品不仅提供精准的环境控制，还通过智能数据分析提供实时信息，帮助客户优化培养过程，加速科研成果的达成和加速产品上市。

 

我们将产品质量视为最高优先事项。从设计到制造，我们严格遵循国际标准和最佳实践，确保产品及时交付，我们对每台设备进行严格的质量控制，确保每一台仪器设备都能够在不同环境下长时间、稳定运行，为客户提供一致的优质体验。我们不断倾听客户的反馈，不断改进我们的产品和服务。通过持续的创新和改进，我们旨在为客户提供更优越的体验，帮助他们在生命科学领域取得更卓越的成就。

 

合成生物学的未来

 

合成生物学产业的未来前景非常令人兴奋。随着技术的不断进步，我们可以期待更多创新的产物和应用的涌现。

 

1、生物医学应用：合成生物学将在生物医学领域发挥重要作用，包括定制药物生产、组织工程、新型疫苗和治疗方法的开发。这将有助于个性化医疗的实现，提高疾病治疗的效果。

 

2、可持续能源和环保：合成生物学可以用于改进生物质能源的生产，包括生物燃料和生物氢气。此外，它还可以帮助降低工业污染，减少对化石燃料的依赖，有助于环境保护。

 

3、生态恢复和保护：合成生物学可以用于恢复受损的生态系统，例如修复油污染地区的植被或净化水体中的污染物。这有助于保护环境和生物多样性。

 

4、食品和农业：合成生物学将在食品生产和农业方面发挥作用，包括改进作物的耐逆性、提高产量、减少农药使用以及生产人工肉类和动植物蛋白。

 

5、新材料和纳米技术：合成生物学可以用于生产新材料，如生物可降解塑料和高性能纤维。此外，它还可以支持纳米技术的发展，用于药物传递和材料制备。

 

6、数据科学和自动化：随着合成生物学的发展，数据处理和自动化技术将变得越来越重要。这将帮助科学家更好地设计和分析生物合成路径，加速实验过程。

 

7、教育和培训：合成生物学将成为未来科学教育和培训的重要组成部分。培养合成生物学方面的专业人才将推动该领域的发展。

 

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来源：仪器信息网