Инженерная биология (англ. engineering biology) — направление биоинженерии, объединяющее методы высокоуровневого проектирования и реализации искусственных организмов или их компонентов, в том числе ранее не существовавших в природе.
История
Идеи по созданию живых объектов с заданными свойствами долгое время находились на уровне теоретических разработок, которые носили в основном философский характер. Одной из первых работ по приложению научного метода к имеющимся на тот момент данным о физике живого стала работа Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физики?» (1946).
Министерство обороны США с начала 2000-х годов финансировало работы в области синтетической биологии, сосредоточившись на подходах по сборке ДНК генноинженерных организмов из стандартных компонентов. В 2002 году был сформирован первый каталог таких элементов — DARPA BioComp, насчитывавший около 300 стандартных генетических элементов: промоторов, сайтов связывания, терминаторов и генов флуоресценции, которые биоинженеры применяли в своей работе. Используя такие биоблоки, исследователи даже с небольшим опытом могли быстро спроектировать и синтезировать участки ДНК для разработки, например, живых бактерий-детекторов, которые начинали флуоресцировать в ответ на появление опасного химического соединения.
В течение первого десятилетия XXI века на развитие синтетической биологии решающее значение оказала общественная и профессиональная деятельность профессора Дрю Энди (Andrew Endy) из Массачусетского технологического института. В 2003 году в рамках консультативной исследовательской группы Jason’s при Министерстве обороны США д-р Энди организует специальную подгруппу по синтетической биологии. С целью увлечь Минобороны идеями независимости от нефтегазовых источников сырья, удешевления производства стратегических материалов, и создания новых детекторов, его подгруппа выпустила несколько докладов по перспективам использования прикладной биоинженерии в интересах национальной обороны и безопасности. В 2004 году он начнет масштабную апробацию подходов проектирования биологических функций из стандартных биоблоков, организовав на базе Массачусетского технологического института ежегодные Международные соревнования по синтетической биологии IGEM.
Консультируя DARPA по проектам в области синтетической биологии, профессор Энди разрабатывает концепцию новейших биологических методов для проектирования запрограммированных «живых машин». Результаты своих исследований были сведены в работе «Foundations for engineering biology» (2005), опубликованной в журнале Nature. В статье был введен в оборот и раскрыт новый на тот момент термин — инженерная биология.
В это же время американский инженер и биолог Крейг Вентер в 2010 году создал первую клетку с искусственным геномом. Проект Synthia по синтезу бактериального генома длиной около 580 тысяч пар оснований, стоил на тот момент более $40 млн. Тем самым была продемонстрирована реализация подходов синтетической биологии по de novo синтезу целого генома живого организма.
В 2015 году член палаты представителей Сената США Джонсон Эдди Бернис представила проект билля об опережающем развитии отрасли, который предполагает координацию действий в области инженерной биологии, осуществляемых со стороны Национального научного фонда, Министерства энергетики, НАСА, Национального института стандартов и технологий, Агентства по охране окружающей среды, и других федеральных ведомств.
Инструменты и методы
Одной из первых методологий по интеграции различных способов высокоуровневого описания биологических систем и методов их реализации в живой клетке стала платформа TASBE, разработанная специалистами Raytheon BBN Technologies, МТИ и Бостонского университета. В рамках платформы были объединены различные образцы программного обеспечения для автоматизированного проектирования функциональных живых систем
Примеры реализации
Биология и медицина
Энергетика
- Живая солнечная батарея
См. также
- Биоинформатика
- Генная инженерия
- Программируемая материя
- Самоорганизация
- Синтетическая биология
- CRISPR
Литература
- Клабуков И. Д. Сборник задач по инженерной биологии. М., 2016. doi:10.2139/ssrn.2898429
- Kelley, N. J. (2015). Engineering Biology for Science & Industry : Accelerating Progress. http://nancyjkelley.com/wp-content/uploads/Meeting-Summary.Final_.6.9.15-Formatted.pdf
- Kelley, N. J. (2014). The promise and challenge of engineering biology in the United States. Industrial Biotechnology, 10(3), 137—139. doi:10.1089/ind.2014.1516
- Э. Шрёдингер. Что такое жизнь с точки зрения физики? / Пер. с англ. А. А. Малиновского. —— М.: РИМИС, 2009 —— 176 с., ил. ISBN 978—5-9650-0057—9.
