​Nature Plants |纽约市立大学Eleanore T. Wurtzel教授：用合成生物学“革命”新农业

纽约市立大学雷曼学院教授Eleanore T. Wurtzel召集并举行了2018年底在冷泉港实验室开展的合成生物学领域的会议。她召集的小组成员包括来自学术界，生物行业，资助机构，高影响力期刊以及其他来自世界各地的相关科学家，他们看到了合成生物学的巨大潜力，开始了关于如何通过用合成生物学“革命”新农业的广泛讨论。本次会议后，她总结的观点文章发表于2019年11月18日的《Nature Plants》杂志。

合成生物学（synthetic biology, SynBio）的时代已经到来，如果有机会它必将引起一场新农业革命。而今在食品、能源和化工生产等方面面临的巨大挑战使得合成生物学获得了这样一个至关重要的发展机会-然而这需要我们在思维方式、教育和相关基础设施投资等各方面的转变。本文重点阐述了合成生物学的概念和技术融合了分子生物学，生物化学和工程学等多种学科的知识和方法，可以使植物科学家通过“定向进化”来重塑并更高效地获取食物和生物能源。

在自然选择的过程中，植物DNA的变化可能会改变酶或蛋白质的功能，并逐渐改变其固有特性。例如，在日益干旱的环境中生长的植物会进化变得更加抗旱。但是这种变化需要几千年。但是通过合成生物学，这个进化过程只需要数月。我们可以在实验室中设计一种经过改进的酶，这种酶需要大自然花费350,000年的时间才能进化出来，但是我们可以人工重新设计出这种酶，然后再将其引入植物中，而且这种经人工重塑的酶往往比自然进化的更高效。合成生物学所生产食物所用的水会更少，不是因为改变了正常的化学反应，而是因为它拥有一套更有效地实现该过程的全新机制。合成生物学是一个重要机遇，可以培育出能有效养活地球的农作物，从而解决了未来有限的食物问题。但是合成生物学必须根据社会需求进行规划和实施，并且要考虑到道德，法律和法规问题。

如果我们要在少数实验室之外开发合成生物学，则必须在科学领域，生物行业和文化态度上进行重大调整。我们需要新的基础设施（biofoundries）以适应其在工业规模上的研究和生产。在教育方面，我们将需要教育我们的生物学学生像工程师一样思考和工作，使用设计，构建，测试和循环学习来满足集体需求。对于科学家而言，有意义的生物合成学研究将需要企业家的思维方式，跨学科的合作以及对公众负责。

今天，我们进行基础研究以了解其运作方式，但是未来的研究将更多地涉及解决具体问题。

Fig. 1 | Plant evolution has explored very little of the possible metabolic design space.

Fig. 2 | Plant evolution is far slower than directed evolution.

Fig. 3 | The current status of plant SynBio and its constraints.

作者简介：

姓名：Eleanore T. Wurtzel

单位：美国纽约市立大学雷曼学院生物科学系教授

学术地位： Plant Physiology杂志的责任编辑

         著名国际会议Gordon Research Conferences的理事会成员（2012-2018），该会议植物代谢工程分会的创办人和第一任主席（2015），该会议类胡萝卜素领域分会主席（2013）

相关荣誉：AAAS fellow 2006

Fellow of ASPB 2012

Excellence in Research, Scholarship and Creative Works Award, Lehman College (2009)

Fellow of International Carotenoid Society 2017

教育经历：Ph.D., Molecular Biology, SUNY Stony Brook

Postdoc: Brookhaven National Laboratory- NSF Fellowship in Plant Biology

Postdoc: Cold Spring Harbor Laboratory

作者信息：http://maize.lehman.cuny.edu/webwurtzel/wurtzelhomepage/wurtzel.html

https://www.linkedin.com/in/eleanore-wurtzel-0ba0a486

研究领域：植物代谢工程和合成生物学

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-019-0539-0

了解更多：http://www.lehman.edu/news/Directed-Evolution-and-Smart-Plants-Eleanore-Wurtzel-Reimagines-the-Future-of-Biology.php