从“生物学家修理收音机”说起，合成生物学该从何处着手？

俄罗斯生物学家尤里·拉泽布尼克写过一篇著名的幽默论文“Can a biologist fix a radio?（生物学家能修理收音机吗？）”，对生物学的研究方法进行了反思。

在文章中，作者假设生物学家根本不知道收音机的工作原理，只知道它播放音乐是正常的，不播放音乐就是坏了。那么，如果生物学家接到维修收音机的任务时，他们会采用什么样的研究手段呢？

首先，肯定是争取经费买一堆收音机，想办法打开观察、命名并描述各种不同形状的零件。圆的、方的、两条腿、三条腿……仅由于不同零件有不同的颜色，可能就会产生很多篇论文，甚至会因为颜色的改变与声音的关系引发激烈的争论。

其次，生物学家会试着移除一两个元件，或者让它们交换位置，看看会发生什么。这是为了确定哪些元件是关键性的，因为移除关键元件会导致收音机完全停止工作，而缺少不那么重要的元件只会影响音质而已。

可能会有一个幸运的博士后拆掉一根导线，发现收音机不工作了，这根导线会被命名为“意外恢复元件”（serendipitously recovered component，SRC）。顺藤摸瓜，他发现SRC 的唯一功能是连接了一个可伸缩金属物体（其实是短波天线），于是这个可伸缩的金属物体被命名为“ 最重要的元件” （most important component，MIC）。这个实验室和相关领域立刻就会欣欣向荣起来。

与此同时，另一个实验室传来喜讯，一位执着的研究生发现收音机工作所需的是另一个元件（其实是中波天线），这个元件是石墨材料制成的，其长度变化不会明显影响收音机的声音。这个研究生可以用实验证明收音机工作不需要MIC 元件，然后把他发现的物体命名为“真正重要的元件”（really important component，RIC），于是又出现一个有前景的研究领域。

MIC 阵营和RIC 阵营会发生激烈争论，因为证据表明某些收音机需要MIC，而其他收音机则需要RIC。

这场争论最后由一个聪明的博士后来结束。他极其偶然地发现了一个开关元件（其实是中波/短波切换开关），这个元件的状态决定了收音机需要MIC 还是RIC。这个元件被命名为“毫无疑问的最重要的元件”（undoubtedly most important component，U-MIC）。

而这才是刚刚开始。受这些“伟大发现”的启发，更多生物学家将采用成分研究方法来研究收音机的每个元件，事情进一步复杂化……

为什么会出现这样的结果呢？

拉泽布尼克把这种尴尬的原因归之于语言，维修收音机需要掌握电子工程的语言，包括电压、电流、电阻、电容、电感、二极管、三极管、放大器等各种电子元器件和电路组合模块，以及它们的定量方法和计算公式。如果掌握了这些语言，普通人也能在电子工程领域如鱼得水。反之，不掌握这些语言，只要系统的复杂性超过某个限度，就只能期待天才和奇迹的出现了。

正是由于合成生物学所用的语言既有生物学的语言，又融合了工程学的语言，还掺杂着数学、计算机等多门学科的语言，刚接触合成生物学这门学科的初学者倍感困惑：

• 合成生物学到底是研究什么的？

• 它和分子生物学、系统生物学、生物化学、生物物理学、基因工程、代谢工程有着怎样的关系？

• DNA、RNA、受体、配体、转录、翻译怎么就和逻辑门、前馈、反馈、级联、放大联系到了一起，尤其是看到振荡器、双稳态开关、群体感应等基因线路图时，茫然地不知从何处着手……

（雷长海，胡适，毛瑞雪主编. 北京：科学出版社，2024. 2）试图从一个初学者的角度去解答这些困惑，旨在帮助合成生物学爱好者读懂基因机器的语言，了解基因线路的工作原理，理解基因元件的特性，为下一步深入学习乃至能够动手理性设计具有特定功能的生物体打下一些基础。当然，有意愿参加国际基因工程机器大赛的学生肯定也能从本书中获得有用的信息。

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本书共九章。第一章合成生物学概述和第二章合成生物学的学科基础，介绍了合成生物学的发展历程，与分子生物学、基因工程等相关学科的联系，使读者对合成生物学有一个全面的认识；第三至八章分别介绍了合成生物系统的底盘、基因表达调控、生物砖、逻辑门、合成受体和基因线路设计，帮助读者理解合成生物系统设计的工程化理念、原理策略和常用技术方法；第九章合成生物学应用，介绍了合成生物学在民用领域和军事领域的典型应用。

登山亦有道，徐行则不踬。

合成生物学包含的知识很多很多，本书只选择了入门所必须掌握的内容，并对一些关键的原理和知识点在书中多处进行了必要的重复，以期在不同的语境下进行阐述，试图把抽象的符号组合成有实际意义的代码，帮助读者理解。

本文摘编自《合成生物学：理论、方法与应用》（雷长海，胡适，毛瑞雪主编. 北京：科学出版社，2024. 2）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

（新生物学丛书）

ISBN 978-7-03-077439-2

责任编辑：王 静 罗 静 赵小林 付丽娜

本书可供从事合成生物学研究与教学的人员参考，也可作为普通高等院校医学、生命科学、生物医学工程等相关专业本科生及研究生的参考用书。

（本文编辑：刘四旦）

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