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合成生物學應用 挑戰人類智慧和遠見

隨著基因定序新技術開發、AI Technology & IT技術發展與基因編輯技術應用拓展,引領生物科技產業創造新契機。其中,在基因編輯技術領域中CRISPR的突破性發展,大大加速DNA合成與合成生物學的進展。

林怡欣/工研院IEK

根據BCC Research市場資料顯示,2016年合成生物學估計可達到38.98億美元,其中以利用合成生物技術所生產之產物占比最大,占整體市場規模的71.8%,其次為開發合成生物學技術與其工具(合成基因與生物體),各占整體市場的20.2%與8%。其主要市場在藥物、疫苗、生物化學品、基改作物和再生燃料等領域,產品包含高價值性能化學品、香精/香料、藥物/療法和新的作物,均是推動合成生物學市場增長,預估至2021年將可達到114.1億美元,2016~2022之CAGR為24%。觀看2014~2016年合成生物學產業動態,許多策略聯盟逐漸形成,像是藉由工作流程中之價值鏈與終端客戶建立聯盟關係,如製藥、能源與農業產業等,將可加速合成生物學之實際應用拓展。

受惠於DNA定序與DNA合成成本的下降,帶動合成生物學市場增長,而分子生物學的進展、電腦運算技術精進、互聯網應用與基礎設施的開發,將工程學、物理科學與生命科學之間的銜接,亦是合成生物領域發展的重要因素之一。再加上外在環境因素如海洋石油洩漏發生率有增無減、藥物開發研發資金擴增以及對可持續能源資源的需求激增等,均是促進合成生物學技術研究發展之重要推手。

雖然合成生物學技術發展可為各應用產業帶來新機會,但是隨之而來的風險也備受眾多科學家研議,像是惡意或意外釋放合成細菌進入環境是合成生物學技術最令人擔憂的風險,其合成創造之生物體也可能破壞環境和生物多樣性。而合成生物學技術面臨的主要挑戰包括:生物安全biosecurity和生物保全biosafety有關的問題、合成人造基因的複雜性與時間花費、先進設備與自動控裝置價格高昂以及缺乏完整監管框架等。為此,目前科學家同步推展生態風險研究議程,以推動合成生物學健康發展,避免產生嚴重的生態影響,並提出應針對合成生物學潛在影響開展風險研究。同時也呼籲科學家們在進行合成生物學研究的同時應與環境學家合作,彼此數據交流、建立模型,從而系統地探討合成生物學的潛在影響。

隨著大數據資料庫與AI技術推展,透過生物運算與模擬將在合成生物學實作扮演一個重要的角色。如何更精確進行電腦模型與模擬並容許合成基因迴路在實做前進行最佳化,是目前合成生物學應用於各產業亟待解決的問題,例如以最少的時間建立生物設計系統來完成基因設計模型、開發化學品生成平台、快速進行微生物編輯等。因此未來如何建構一個優良的設計與測試平台將是促使合成生物學應用快速拓展之關建之一。
完整內容請詳見:【產業技術評析】合成生物學 Synthetic Biology 市場應用概況


經濟學人》:合成生物學是祝福?還是詛咒?/天下雜誌

合成生物學(synthetic biology)核心概念是將生物的基因視為可標準化、具交換性的元件(如同電子零件),然後透過改造與組合的方式,開發出新的生物系統。隨著基因編碼技術、機器學習等科技的進步,更加速了和生物學的發展。

未來科學家可利用合成生物學,開發出低成本的藥物。例如,治療瘧疾的青蒿素過去必須從植物提煉,很難大量生產,而且成本高昂。合成生物學之父、美國加州柏克萊大學教授凱斯林(Jay Keasling)透過基因排序技術,將植物DNA注入酵母,便可利用酵母大量生產青蒿素,大幅降低生產成本。

除醫療藥品之外,合成生物學的發展也可有助於減碳。例如,透過合成生物學技術,改造微生物,便能將有機物質轉化為生物燃料,取代現有的石化燃料,可有效降低碳排放與溫室氣體效應;在食物方面,也可利用植物蛋白合成製作「素肉」,減少肉類的消費。(延伸閱讀:合成生物學專家廖俊智 接任中研院長

但合成生物學的發展也不是沒有隱憂。許多人擔心,有心人士會不當利用合成生物學技術,製造有害的細菌或毒素,成為致命的生化武器。另一個更大的爭論則是關於科學倫理問題,合成生物學的技術如果應用在人體上,如何界定合理的應用範圍?

合成生物學:扮超人,或敬天畏人(20190408 經濟學人)/醒報

《經濟學人》指出,人類與生態的關係在文明中曾經歷三階段的變革。首先是以農業萌芽時「對農作物和動物的馴化」,再來是美洲新大陸被殖民後「世界生態系統的全球化」,接著是化石燃料的開採利用。當前這門「合成生物學」會是第四波。它早先已應用在工業領域,改變了醫藥和大眾消費產品,但就像是前三波文明變革一樣,我們關注其貢獻時也要小心生態系遭受的危害。

舉例而言,化石燃料在一兩世紀內耗盡地球億萬年生物蘊藏,而碳排放還破壞了臭氧層。「合成生物學」可以幫助我們獲得燃料備案,也幫助速食快餐店推出「仿肉漢堡」來降低畜牧業的生態負擔;但它同樣可能被用來製造生化武器和病毒。最後,在所謂的生命哲學或生態神學上,「合成生物學」也意味著一次文明典範轉移。

文明典範轉移

《經濟學人》解釋,2萬多年人類開始馴化牲畜和蔬果種子,使人類得以定居並以人口更密集的方式組織社會,市場、城市、國家才應運而生。為了有效管理馴化的物種並馴化這樣的社會,人類更以農業生計的差務和複雜的政治管理秩序對人性自我馴化。眼下,當人類擁有重新編程胚胎的能力,你如何拒絕將人類改造成「上肢力大如猩」,或是「感官不再能覺察傷悲」的誘惑?

操控生命之力將如何使用,將挑戰人類的智慧和遠見。

https://www.economist.com/leaders/2019/04/04/the-promise-and-perils-of-synthetic-biology

引用來源:多元
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