系統生物工程

系統生物學的工程套用，也可稱工程生物學，包括，合成生物學、納米生物學、細胞仿生學等。採用生物計算技術、計算機輔助設計技術、生物信息技術和轉基因生物技術、合成生物技術、納米和組學生物技術等，開發工程生物體、物生反應器、生物太陽能技術和生物計算機、納米生物機器等。

基本介紹

• 中文名：系統生物工程
• 外文名：systems bioengineering

簡介

（systems biological engineering, systems bio-engineering, biosystem engineering）

系統生物工程是系統生物學的工程套用，包括基於系統生物學的醫學、農業、工業、環境、海洋乃至空間生物技術及其工程套用開發。1991年中國曾邦哲（曾傑）發表“科學的結構與中國的未來”專論，闡述了太陽能-生物-電子技術的未來，以及系統科學、人工智慧與基因工程等發展，1994年發表“論系統生物工程範疇”，提出了基因組藍圖設計與生物機器裝配、生物分子電腦與細胞仿生工程等仿生學與基因工程的整合概念，1999年曾邦哲用“genomic intelligence”表述可人工編制基因組程式和設計細胞內分子電路系統的“artificial biosystem”概念圖，以之區別於“artificial life”而開展計算機學和仿生學、轉基因工程的細胞分子機器的設計與裝配研究。

系統生物工程1

系統生物學開創於貝塔郎菲的生物系統開放理論或物理學與生物學中的一般系統論與理論生物學，系統科學最初為系統工程，是一群來源於物理學、化學、生物學、心理學等領域的系統理論，系統論、資訊理論、控制論、協同論、耗散結構論、超循環論等構成的學科體系，系統思潮從格式塔心理學與物理生物學等領域形成，最早出現的專門學科辭彙是系統心理學（systems psychology, Parry J.B. 1958），然後是系統生態學、系統生理學與系統遺傳學構成系統生物學（systems biology辭彙1993年在Zieglgansberger W和Tolle TR研究神經系統庝痛的論文摘要中運用）等三大分支學科，並套用於醫學與生物工程而產生系統醫學與系統生物工程學科。

系統生物工程學

系統生物工程學（systems biotechnology），可簡述為仿生工程、基因工程與生物系統論的整合學科，涉及系統科學、信息科學、計算機科學、納米科學、生物科學、醫藥科學與工程科學等學科的高度交叉與綜合。從動物與通訊行為的神經系統、腦科學的智慧型機器人工程技術開發到細胞信號傳導、基因表達調控人工設計的合成生物技術開發，形成了改造生物與仿造生物的兩個基本方向，並將在太陽能的生物工程、次生代謝工程、細胞製藥廠與生物計算機的開發開創未來的生物材料、生物能源與生物信息化產業。系統科學套用於生物工程，有如系統科學與計算機、自動化及通訊技術之間理論研究向套用開發的迅速實施，也導致了系統生物技術帶來基礎研究與工程套用之間轉化（轉化科學或轉化生物學）的距離縮短。

系統生物工程2

發展

20世紀未，分子生物學與基因組計畫的成功，21世紀伊始，國際系統生物學與醫學、生物工程套用的學科在細胞信號傳導與基因表達調控水平興起，並迅速成為全球化現代科技發展熱潮。2008年國內成立了邦哲系統生物工程研究所，隨後，國際、國內的系統生物工程、分子系統生物工程研究機構迅速建立與發展。計算生物學、納米生物學、化學生物學、合成生物學的發展，數學模型與人工生物系統計算機輔助設計、基因乃至基因組人工合成、規模化高通量晶片尤其微流控晶片，以及物理生物學與納米生物技術等，為系統生物工程在細胞、分子層次開發細胞納米機器人、生物太陽能仿生等技術帶來了新的前景。

系統生物工程3

生物工藝學發展到生物技術學（biotechnology）和生物工程（bioengineering），系統生物工程建立在生物系統論和化工、電子工程、計算機工程和生物技術、生物醫學等學科的高度交叉基礎上，從而使生物醫學工程（biomedical engineering）、生物系統工程（biosystems engineering）在系統生物工程層次整合而成為未來的發展方向。

年表

系統科學、生物信息學與生物醫學、生物技術等方法整合的生物系統研究 - 形成的是現代系統生物學、系統醫學概念；實體或生物體的生物工程與虛擬或計算機的仿生工程技術整合的人工生物系統（artificial biosystems）研究 - 形成的是現代合成生物學、系統生物工程概念。

1）1991年10月中國曾邦哲(曾傑)發表論科學的結構與中國的未來，闡述中西文化融匯形成實驗與系統方法的二維度科學範式,系統科學、人工智慧與基因工程整合的太陽能生物電子技術等：

· 1992年提出基因與神經雙向調控模型到1997年細胞信號傳導與基因調控網路的研究；

· 1993年發表系統科學的結構論 - 泛進化理論，系統結構、穩態和發生動力學等；

· 1994年發表細胞仿生工程和人工設計生物的系統生物工程、複雜系統基因相互作用的系統遺傳學概念和基因系統、蛋白系統、酶系統的相互關係與對應結構等和轉基因系統方法和輸卵管生物反應器等。

2）1996年中國曾邦哲(任秘書長)在北京第一屆國際轉基因動物學術研討會，與Avigenics等公司通信，在大會及國際通信中論述系統生物工程、輸卵管生物反應器等：

· 1997-1998年採用CHO細胞化學誘變篩選到高抗藥性的連續突變是非線性遺傳學等觀點；

· 1999年倡導提出分子生物技術和生物計算技術整合的生物系統與人工生物系統（轉基因與仿生學整合的遺傳機器、細胞電子學或計算機等）研究與開發；

· 2001年日本北野宏明、美國胡德論述的系統生物學核心觀點是系統的結構、穩態和動力學模型，生物技術和生物計算方法整合的生物系統研究；

· 2002年非線性細胞發生動力學,以及細胞計算機分子系統模組和細胞器等模型；

· 2002年挪威建立2003年國際首家整合遺傳學實驗室之前與在德國的曾邦哲探討遺傳學概念通訊；

· 2008年Steven Benner在Nature發表系統生物學與合成生物學的結構理論觀點。

3）2003-2010年中國曾邦哲(曾傑)在國際遺傳學大會、國際生物技術大會、世界哲學大會、國際分子系統生物學大會和系統生物學國際會議，以及國際納米技術會議與展覽、國內外刊物與出版物等論述。