体外生命模拟

自 1665 年罗伯特·胡克 (Robert Hooke) 提出“细胞”一词以来，人们对细胞的研究已经持续了几个世纪。细胞理论最早由施莱登(Matthias Jakob Schleiden) 和施旺(Theodor Schwann) 于 1839 年提出，该理论指出细胞是所有已知生物体的基本结构和功能单位，是基本的“生命构件”。[1] 但在今天，现代细胞生物学已不再满足于对细胞的结构、功能和工作原理的简单研究。目前，对细胞的研究有多个方向，例如细胞工程、生物技术、医学、药物输送、制药、生物传感器、生命起源研究等等。[2] 然而，生物细胞固有的复杂性和“脆弱性”，即在体外容易失去活性或死亡，使得研究它们变得困难。模仿生物细胞制造的人造细胞将有助于解决这个问题。[3] 正如预期的那样，人造细胞不那么“脆弱”，比天然细胞更稳定且更易控制。
生物学方法论库的正向渐变使得决定生命系统功能的分子机制从描述性的功能分析转向理解和建模，而且在过去五年中转向合成复杂细菌基因组并尝试繁殖生命，同时考虑到积累的知识和技术。1957年张明瑞 (Thomas Ming Swi Chang)首次提出人造细胞的概念。自然细胞是分子（纳米级）机器的集合，服从于单一目标——自我繁殖（或多细胞生物体的一部分进行繁殖）。创建以合理的方式组织的人造分子机器集合体以解决人类提出的问题，是合成生物学的支柱之一，目前合成生物学是一个集约式发展的科学领域[4]。
国际社会对这一领域的兴趣日益增长，因此，我国在及时开启发展合成生物学之后，将能与国外研究者展开竞争并取得技术突破。


合成生物学是用于生物技术、制药、医学以及增强国家国防潜力的新平台。

目前，经基因组修饰的微生物已在生物技术中得到广泛应用。
然而，使用经修饰的天然生物体以解决特定问题存在许多明显的局限：自然系统即尚未充分研究的系统，具有不确定的未知功能，可能导致不可预见的结果并成为危险来源。然而，使用经修饰的天然生物体以解决特定问题存在许多明显的局限：自然系统即尚未充分研究的系统，具有不确定的未知功能，可能导致不可预见的结果并成为危险来源
此外，自然有机体的组织特点也可能并不适合解决特定问题。然而，即使是对自然生物体的修饰也需要合成生物学领域高度发达的技术，如果这不仅仅是指基因编辑或添加的话。

合成生物学可能的应用范围
•    生命系统特性的基础研究；
•    创造生物体——某些化合物或材料（含自然界中不存在的化合物或材料）的生产者或利用者
•    创建生物传感器模型；
•    创建治疗剂输送载体或直接在目标区域合成治疗剂；
•    地球生物圈的调节；
•    创造新型生物体。

众所周知，在现代基因治疗方法中，前景最大（同时风险也最大）的是导致宿主生物体载体系统无症状定植的靶DNA递送技术。类似的靶基因递送方式既具有治疗效果，同时也会激发带有表现型延迟的病理学发展（例如肿瘤疾病）。如果仅仅一个导入基因就能引发这样的后果，那么对于全合成基因组我们能说什么呢？
合成生物学方法的发展对国家安全构成潜在威胁，因而应在国家层面组织防范这种威胁。为有效监测可能侵入俄罗斯联邦境内的基因修饰微生物和其他化学和/或生物有害物质，及时阻止其扩散，更好地了解和预防生物威胁以及其存在风险，必须创建和维护人工基因组自动化合成系统。此外，开发出扩增基因组序列合成技术并将其包装到“容器”中以确保基因的稳定性和自我复制之后，该技术将有可能深入到二元基因组（病毒、细菌和/或真核序列）创建领域。 这种方法可以创造和复制具有特定参数和功能的新生物，这在工业技术、农业和医学领域是一项前瞻性的任务，也可用来增强国家的国防能力。
该项目拟创建一个技术平台，其中包括用于合成大型 DNA 序列的自动化机器人系统，以及用于在人工创建的纳米反应器中启动所得遗传程序的平台。 创建的技术集群可用于解决细胞组织的基本问题以及创建具有已知功能组和特定属性的分子机器。

在该项目实施框架内，计划解决以下一些任务：
1.    开发用于计算机模拟（in silico）合成人工遗传信息的基因组序列合理设计技术。
2.    设计和创建用于合成人工延伸 DNA 序列的自动化复合体。
3.    创建膜限制容器用以封装可自我复制的合成基因组。