3植物合成生物学的挑战

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瓶中之花合成生物学这篇文章由Revolution Bioengineering的联合创始人尼古拉·布劳恩和凯拉·海文斯贡献。请阅读他们之前的博客文章在这里成立了他们的公司

第一个转基因植物是在30多年前被设计出来的,但植物合成生物学仍处于起步阶段。从转化到测试的漫长时间,以及缺乏特征明确的基因工具,使得在这些多细胞生物中设计特定功能具有挑战性。然而,如果你冒险一试,回报是巨大的——植物是地球上生命的基础,有大量的机会来制造更好的燃料、饲料、食物和纤维。而且,由于与植物合作具有挑战性,植物生物技术中还有许多未开发的领域,这些领域充满了成熟的机遇。我们决定用我们的颜色的花但要做到这一点,我们必须克服植物合成生物学的挑战。

挑战#1:公众对合成生物学的看法

植物生物技术学家面临的最大困难之一是公众对转基因(GM)和合成生物学的认识。针对转基因作物的不信任和愤怒使这项新兴工程技术背上了沉重的负担。作为现代农业的支柱,单一栽培和化学喷洒现在已经成为转基因的同义词,以至于人们无法想象转基因技术除了维持这些技术之外还有什么用途。我们强烈认为,科学界和农业界需要重新使用“转基因”一词,以公开、负责任的态度向公众展示这种技术的当前效益和未来潜力。

在Revolution Bio,我们正通过开发一种专门面向消费者销售的植物生物技术产品来直接应对这一挑战。在一天中会变色的花不能通过常规育种来培育;合成生物学需要实现这种新的和独特的表型。这是转基因技术的一种意想不到的用途,它既不是食品,也不是药物,也不是强制性的- - - - - -人们可以自己决定要不要把这朵美丽的花放在他们的前院。通过利用这项技术发展植物美学,让消费者能够控制与它的互动,我们希望激发并开启关于转基因生物的新对话。

挑战#2:植物合成生物学的技术障碍

除了公众的抵制,对植物生物学的全面有限的认识是植物合成生物学的一个重大的技术障碍。我们不能建立我们不了解的东西,而且人们正在有限的资金和时间内研究植物复杂而独特的代谢过程。而专注于创造性解决问题的机构霍华德·休斯医学研究所已经开始转向植物生物技术,并为基础的分子植物研究提供急需的推动,需要更多的行动来增加知识体系。等组织开工厂可以在这项研究的基础上,有效地执行他们的使命,为植物合成生物学的开放创新创造新的论坛和机会。

在我们的案例中,我们选择了一个有30年基础研究背景的领域的项目。我们的变色花朵包含两个基本成分:色素(花青素)和植物的昼夜节律钟。几十年来,矮牵牛花一直是植物研究的模式生物,涉及中心花青素代谢的生化途径已经被很好地理解。额外的工作还确定和特征的机制和成分的昼夜节律牵牛花。由于之前的广泛研究,我们有可能结合这些成分来培育出能改变颜色的花。没有这些基础研究- - - - - -对支持这些机制的基因片段的全面理解- - - - - -(我们的项目不可能完成。)

第二个技术障碍是缺乏与植物合成生物学相关的资源。植物分子生物学传统上依赖过表达和敲除来更好地理解发育、代谢和光合过程。通常,为植物分子生物学开发的工具是特定于特定项目的,并且像许多专业科学一样,这些工具有时分布有限。我们希望Addgene在植物合成生物学领域的应用能改变这一现状。资源库中已经有两种全面的植物克隆工具包,MoCloGreenGate我们很高兴地看到,这种基因工具的交换如何促进植物科学。

挑战3:知识产权

还有一个与分子植物部分相关的挑战,特别是用于商业化的应用项目。多年来开发的许多基因片段是由大型农业公司产生的,并带有相关的知识产权问题——专利和许可协议。开发一种不使用这些部件的产品是具有挑战性的,而转化方法也获得了专利,这使其变得更加困难。为了构建我们的变色花朵,我们在IP领域中小心翼翼,使用植物内生的、未获得专利的或未获得专利的植物部分,并在适用的情况下构建我们自己的新组件。我们还将与开源、转型技术合作,就像由伊文·马林斯爱尔兰的Teagasc。

植物生物技术充满了潜力,但在规划一个新项目时,有几个危险需要克服。我们分享了Revolution Bio在开发变色花时需要解决的一些问题,我们很想听听你作为植物科学家遇到的障碍,以及你是如何克服它们的。在下面的评论中分享你的故事吧!如果你已经开发了一种用于植物工程的基因工具,请与Addgene分享,以建立植物合成生物学社区,并支持更有效的工程创造更美好的明天。



感谢我们的嘉宾博主!

尼古拉·布劳恩革命生物工程尼古拉·布劳恩(Nikolai Braun)在华盛顿特区郊外长大,一直喜欢亲自探索户外和体验自然。他在弗吉尼亚理工大学学习生物学,并于2007年获得加州大学戴维斯分校生物物理学博士学位。Nikolai曾在曼彻斯特大学生物化学系和芝加哥州立大学生物系接受博士后培训。当他不追求科学或商业事业时,他会去爬山或和他的两只猫玩耍。


凯拉·海文斯生物工程革命凯拉·海文斯(Keira Havens)在夏威夷长大,在那里她对花、虫子和海洋着迷。2004年获得伊利诺伊理工学院(Illinois Institute of Technology)分子生物物理学和生物化学学士学位后,她接受了美国空军(United States Air Force)的委任。2014年,她离开现役去合成生物学实验室攻读学位,并在科罗拉多州立大学获得硕士学位。在实验室之外,凯拉喜欢和她的丈夫以及两只杰克罗素梗在一起。

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主题:科学共享,合成生物学,植物生物学

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