合成生物技术在新材料发展中的应用

合成生物学是一门运用基因操作工具调节和改造生命行为或再创生命形式的工程学科.近年来,合成生物学的发展为新材料的发现、设计和生产等多方面带来了新的机遇.例如,优化工业微生物发酵产物的代谢合成途径,不仅可以提高材料的性能,而且可以大规模地生产目标产品;基于合成生物学的模块设计原理对生物功能分子理性组合,所开发的材料在性能与应用方面有望突破天然材料的局限;此外,整合人工设计的基因线路来调节生物体内材料单体分子的表达、分泌,以及在细胞外的自组装,促进了具备动态和可控特征的"活"材料的发展.尽管近年来合成生物技术在新材料开发方面取得重要突破,目前材料合成生物学领域仍然存在诸多困难与挑战.例如,由微生物发酵制作的材料在性能上很难与天然材料相媲美,而现有的工程"活"材料也很难实现准确与快速的环境响应.该文将从合成生物技术如何推进天然生物组分的异源发酵、仿生功能材料的模块化设计和设计制造功能"活"材料三个方面的进展进行概述,并在这些进展的基础上,进一步探讨该新兴领域面临的挑战以及可能的解决方案.