1.5.2　核心技术不断升级

在生物元件和基因线路的设计构建方面，自2000年人工合成首个生物开关和压缩振荡子后，多种优质调控元件和更复杂的基因回路等相继出现。随着国际基因工程机器大赛举办以及合成生物学定义在国际范围内得到广泛认可，许多令人惊叹的科研成果横空出世，元件和线路设计的里程碑式研究不断出现，揭示了生物系统“有序性”的形成原理，为合成生物学家从头设计复杂生命体系提供了重要理论指导。例如，基于共转录tRNA构建出翻译层面的AND逻辑门；群感系统被进一步改造用于实现多细胞模式；感应线路的开发可以在细胞内将光输入转化为基因表达。设计全新蛋白质及其功能方向也不断有新进展。尤其是基于新一代人工智能系统精确预测蛋白质的三维结构，其准确性已接近冷冻电子显微镜、X射线晶体学等实验技术，为全新蛋白质的设计奠定了基础。

遗传物质的编辑、合成和组装技术是合成生物学的基础，因此基因编辑技术的发展能够极大推进合成生物学的广泛应用，同时合成生物学可以促进现有的基因组编辑工具的优化。从 2012 年起，科学家利用 CRISPR/Cas9系统的可编程和精准切割等特点陆续开发了一系列基因组编辑的工具，其宿主目前已经覆盖了从细菌到高等生物的范围，在复杂基因线路设计、微生物基因组编辑等合成生物学领域取得了突破性进展。例如，Wu等人在大肠杆菌中应用CRISPRi系统对糖酵解途径、TCA 循环、脂肪酸合成途径进行调控，实现了类黄酮的增产；利用合成生物学技术和CRISPR基因编辑技术，开发了高适应性、高敏感度的CRISPR分子诊断方法，针对多类病原的CRISPR分子诊断方法已进入临床研发阶段。

合成生物学底盘细胞的改造与构建，是实现“造物致知”和“造物致用”目标的重要手段，也将为构建细胞工厂提供优良的底盘。英国布里斯托大学的研究人员采用自下而上的策略设计了一种新型人造合成细胞，他们将大肠杆菌和铜绿假单胞菌两种细菌菌落与微滴混合在黏稠的液体中，打破细菌膜，使细菌溢出其内容物——这些内容物被液滴捕获以产生膜包被的原始细胞。研究人员已证实，这些细胞能够进行复杂的处理，例如通过糖酵解产生能量储存分子腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP），以及基因的转录和翻译。这是首次利用原核细胞构建类真核细胞体系，对合成生物学具有很大的帮助。丹麦科技大学和加州大学伯克利分校的研究团队通过56次基因编辑对酵母细胞进行基因工程改造（涉及 30 个合成步骤），以生物合成抗癌药物长春碱和长春新碱，这是目前为止利用微生物作为细胞工厂进行生物合成的最长合成线路，未来可以作为一种生产平台生产更多的生物分子。