储攀，朱静雯，黄文琦，刘陈立，傅雄飞

（1 中国科学院深圳先进技术研究院，深圳合成生物学创新研究院，中国科学院定量工程生物学重点实验室，广东省合成基因组学重点实验室，广东 深圳 518055；2 中国科学院大学，北京 100049）

本世纪初两项创造性的工作——拨动开关［1］和压缩振荡子［2］——利用工程化的思想设计了人工基因回路并使其实现特定的生理功能。秉承这一思想，合成生物学在众多学科的交叉中诞生，在生命科学领域的研究中逐渐受到广泛的关注。近20 年来该学科出现许多重要的突破：一方面，通过对基因组的挖掘，人类得到大量定量刻画的生物元件［3-5］，并设计出了越来越复杂的基因逻辑回路［6-7］，它们能响应特定的外界信号并输出预期的结果；另一方面，利用合成生物学工具，人类对生命系统的工作机理有了更深层次的认识，例如揭示细胞生长、分裂的普适机制［8-9］；利用化学合成技术合成细胞基因组［10-11］为实现从头设计合成生命打下物质基础。另外，在产业方面，大量具有高价值的复杂产物通过合成基因回路实现了工业化生产，有望取代传统化工合成，降低对环境的破坏和对化石能源的依赖性［12-13］。

尽管如此，我们对基因的解读能力仍处在较低的水平：DNA 序列提供的信息高度复杂，通过人工组合、设计的复杂基因回路放入到底盘细胞后，底盘细胞对特定信号的响应往往出乎我们的预期［14-15］。细胞在执行命令的过程中存在许多细节我们仍不清楚或难以定量描述，但这些细节却也是基因回路功能实现的重要环节。……