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•在合成生物學中，以人工合成、組裝各項元件模仿活體細胞，可以幫助我們探討細胞元件之間的作用。
•去（2022）年《自然》（Nature）期刊的新研究成功打破傳統仿生細胞的限制，實現了模仿多項生命功能的仿生細胞。
•仿生細胞技術將帶領我們創造出更多不同功能的細胞，或者發展無細胞表達系統等其他應用，解決當前束手無策的難題。

 
生物科技蓬勃發展使人們的生活有了翻天覆地的變化。例如生物大分子的蛋白質和核酸藥物的研發，為癌症、免疫疾病或傳染性疾病帶來新世代的治療方式；作物改良帶給市場高產量又易栽種的農產品，解決了糧食短缺的議題；仿生生物材料（如蜘蛛絲等）的取得也不再需要仰賴自然，能夠以生物合成的方式大量取得。
 
這些生物產業的快速進步有一部分便是得益於合成生物學的發展，使科學家能夠透過基因改造將細胞升級為微型生物反應器或生物裝置，用於感測環境、製造產物或執行設定任務等功能。近期，英國布里斯托大學（University of Bristol）教授曼恩（Stephen Mann）的研究團隊以合成生物學與生物製造的跨領域策略，結合基因改造細菌和生物材料成功開發出具有功能的「人工組裝細胞」（請見延伸閱讀 1）。此研究著實振奮人心，因為團隊不僅突破以人工方式合成細胞的困境，且為將來的仿生細胞工程開創出新的發展方向。接下來，本文章將與讀者逐步回顧和展望仿生細胞的過去和未來。
 

操縱細胞的科學與工程—合成生物學

在介紹仿生細胞之前，我們要先從合成生物學開始了解。合成生物學是一門結合生物學與工程學的新興領域，藉由生物學家對生物構成的理解，結合工程概念將生物分子、代謝路徑或細胞當作建構元件進行創新設計或編輯改造，最終透過細胞作為表現平臺呈現設計者所需的樣態、行為與產物。合成生物學家運用生物的力量與生物工程的技術，操作複雜的生物系統並合成生物分子，提供理解生命現象或解決問題的嶄新方法。
 
簡而言之，合成生物學就是把生物作為機器，藉由調整或植入基因迴路，表達設計者所需要的功能。換句話說，生物可作為工廠或是技術平臺生產最終產物，也可將生物設計為小型零件，表達特定功能或整合植入更大的系統中運用（圖一）。因此，有效的設計和改造細胞便成為一個重要的核心議題。

在面對合成生物學中必須解決的問題時，生物學家們會先構思多種可能的策略，從過往文獻與研究中尋找合適的方式解決問題，甚至取法自然、創造新的可能解決方案。例如藉由改造宿主的代謝路徑、調整基因控制迴路，或是增加外源環境調控因子等，進一步指引細胞表達特定的蛋白質。所以，合成生物學的設計本質就涉及分子生物學、系統生物學、基因迴路設計、生理學、生物化學與細胞生物學等眾多學門，並在設計時以工程概念導入數學模型運算，大幅增加設計效率與模組化的特性，同時縮短測試時程進而快速達到表現最佳化和標準化的成果。……【更多內容請閱讀科學月刊第645期】