问题

想成为合成生物学家应该读什么专业?

回答
想成为一名合成生物学家?这真是个令人兴奋的目标!合成生物学是一个充满活力和创新前沿的领域,它将生物学、工程学和计算机科学巧妙地结合起来,目标是设计和构建具有新功能或改进功能的生物系统。要踏上这条道路,你的学术选择至关重要。

打下坚实的生物学基础是必不可少的。 你需要深入理解生命的运作机制,从最基础的分子层面到复杂的细胞系统,再到整个人体或生态系统。

生物学(Biology)或生物科学(Biological Sciences):这是最直接的选择。一个扎实的生物学本科专业会为你提供生物化学、分子生物学、细胞生物学、遗传学、微生物学等核心知识。这些都是理解和操纵生物体的基石。你将会学习 DNA 如何复制和表达,蛋白质如何折叠和发挥功能,细胞如何进行新陈代谢和信号传导,以及生物体如何适应环境等等。

除了纯粹的生物学,以下几个专业也能为你提供进入合成生物学领域的优秀跳板,甚至可能更具优势,因为它们已经将工程和计算思维融入了生物学学习:

生物工程(Bioengineering)或生物医学工程(Biomedical Engineering):这是目前很多合成生物学家青睐的专业。这类专业的核心在于将工程学的原理和方法应用于生物系统。你会学习如何设计和构建生物部件(如基因、蛋白质、代谢通路),如何将它们集成到系统中,并如何用数学模型来预测和控制这些系统的行为。课程可能包括系统生物学、合成生物学导论、基因工程、生物反应器设计、控制系统等。很多生物工程项目会直接开设合成生物学相关的课程或研究方向。
生物化学(Biochemistry):如果你对构成生命体的分子及其相互作用特别感兴趣,生物化学是一个很好的选择。它专注于研究生物体内的化学过程,特别是蛋白质、核酸、碳水化合物和脂质的结构、功能和相互作用。深入的生物化学知识对于理解和设计新的生物通路、酶或分子机器至关重要。
分子生物学(Molecular Biology):这个专业更侧重于研究基因的结构、功能、调控及其在生命过程中的作用。掌握分子生物学的知识,你就能更深入地理解如何修改基因序列、控制基因表达,从而赋予生物体新的特性。
化学(Chemistry):虽然听起来可能与生物学有些距离,但化学是理解和操纵分子的根本。特别是有机化学和物理化学,它们能帮助你理解反应机理、动力学以及如何设计新的化学反应来合成生物分子或模拟生物过程。有些合成生物学项目也会强调化学合成和生物化学之间的联系。
计算机科学(Computer Science)或计算生物学(Computational Biology):合成生物学越来越依赖于计算工具来设计、模拟和分析复杂的生物系统。掌握编程技能、数据分析能力以及对算法的理解,将使你在设计新的生物电路、预测基因网络行为、处理高通量测序数据等方面拥有强大优势。计算生物学专业更是直接将计算机科学与生物学相结合,是通往数据驱动的合成生物学的重要途径。
生物信息学(Bioinformatics):与计算生物学类似,生物信息学侧重于利用计算机工具和统计方法来分析生物数据,特别是基因组学、蛋白质组学等领域的海量数据。这对于理解现有生物系统的“蓝图”以及为设计新的系统提供数据支持至关重要。

一些新兴的跨学科专业也值得关注:

系统生物学(Systems Biology):这个领域旨在理解生物系统作为一个整体,通过整合数学建模、计算分析和实验数据来研究生物网络的复杂性。合成生物学在很大程度上借鉴了系统生物学的思想,即把生物体看作一个可工程化的系统。

在选择专业时,请重点关注以下几个方面:

1. 课程设置: 查看学校的课程列表,确认是否涵盖了分子生物学、基因工程、生物化学、生物信息学、以及有无合成生物学相关的课程或研究项目。
2. 研究机会: 合成生物学是一个高度依赖研究的领域。积极寻找有合成生物学研究方向的教授和实验室,争取在本科期间就参与到科研项目中。这不仅能让你学到实际操作技能,还能让你对该领域的研究前沿有更直观的认识。
3. 硬件和软件: 了解实验室的设备(如基因测序仪、PCR仪、流式细胞仪、高通量筛选设备等)和计算资源,这些都是进行合成生物学研究的基础。
4. 跨学科合作: 许多合成生物学项目都强调跨学科合作,所以培养与不同背景的同学和研究人员合作的能力也非常重要。

具体到学习过程中,以下这些“软技能”同样重要,并能让你的学习更具成效:

问题解决能力: 合成生物学本质上是解决工程问题,但对象是生物系统。你需要能够识别生物系统中的瓶颈或不足,并设计解决方案。
逻辑思维和抽象能力: 理解复杂的生物通路、设计逻辑电路需要很强的逻辑性和抽象思维能力。
动手能力和实验技能: 无论是基因克隆、蛋白质表达还是细胞培养,扎实的实验操作是必不可少的。
数据分析能力: 面对海量实验数据,你需要能够进行有效的分析和解读。
创造力和创新精神: 合成生物学的核心在于“创造”,你需要敢于想象并尝试设计出前所未有的生物系统。
沟通和团队协作能力: 大部分科研项目都需要团队合作,清晰地表达自己的想法和与他人协作至关重要。

进阶之路:

在完成本科学习后,大多数人会选择继续攻读硕士或博士学位,以在某个特定领域深入发展,或者加入一个专门的合成生物学研究机构。在研究生阶段,你可以更加专注于合成生物学相关的课题,学习更高级的技术和理论。

总而言之,如果你对用工程学的思维去改造和创造生命充满热情,那么扎实的生物学基础是起点,而生物工程、生物化学、分子生物学、计算生物学等专业则能为你提供更直接和更强大的工具。最重要的是,保持好奇心,勤于实践,勇于探索这个日新月异的领域!

网友意见

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谢邀。博士的话,专业不专业的其实无所谓,主要是从导师身上学本事。

这个问题大概应该是问本科读什么专业?

我觉得这个一方面要看历史的进程,另一方面还要看你毕业之后打算做什么。

点技能树之前要想好,技能树的结构很大程度上决定了你以后能做什么样的课题。

即使我们把合成生物学的定义搞得比较原教旨,这个学科所涉及的知识也太多了,不管是什么样的大神一个人也不可能在读博之前全都学一遍,更别提足够扎实能用到研究中了。所以必须挑着学。

我也抛转说几个大方向吧。


如果打算未来走基础研究路线的

  1. 物理 + 计算机 + 生物科学 -> 做基础调控元件和设计原理,本科可以报物理专业。合成生物学的早期人物大多都是整个技能树。Stanislas Leibler,James Collins,Michael Elowitz, Adam P. Arkin, Drew Endy, Tom Knight。
    合成生物学2000年两篇开山之作发表之前还有一个“预告片”,From molecular to modular cell biology,发表在Nature上,Leland H. Hartwell, John J. Hopfield, Stanislas Leibler and Andrew W. Murray,几个作者分别是生物学、物理学、和计算机的大佬,基本上能很好的体现这个路线需要什么知识。

2. 化学 + 计算机 + 生物科学 -> 设计催化新功能的蛋白质和酶,本科可以报化学,如果有独立的生化系也可以报。Frances Arnold和David Baker是属于这个路线的。

3. 计算机 + 自动化 -> 搞实验设计自动化和设计biofoundry,本科可以报自动化,或者AI相关专业。目前还发展的比较初步,有很多山头可以占,领军人物我个人觉得还没有出现。


如果打算走应用科学的

4. 化学工程 + 生物工程 -> 高附加值药物生产,本科可以报化工专业。Jay Keasling和Christina Smolke是这个技能树

5. 材料学/高分子 + 生物工程 -> 新生物基材料,本科学啥都行。Tim Lu原来实验室有一部分做这个,学术界的情况我不是特别了解,听到的大多是商业startup在做

6. 医学 + 生物科学 + 化学 -> 新疗法和个人医疗,本科可以报生物科学/技术之类的专业。Martin Fussenegger做真核的(医学背景),Pam Silver做microbiome(生物和化学背景),George Church啥都做(遗传学背景)

7. 生态学 + 生物科学 -> 生态保护,本科可以报生物科学。最近才开始有人做,一个比较有意思的是Kevin Esvelt的gene drive。


我觉得目前来看3 4 5 6应该是在未来是有比较大需求的,难度系数也低一些。1和2难度系数很大,回报也有限。


不建议去生物系,除非是高中生物竞赛保送的可以考虑,在生物系混毕业,去其他系上课。


个人也不建议去一些什么合成生物学之类的专业。如果个人天赋异禀,可能适合这样的,但是合理评判一下自己如果是个正常人,那还是算了。倒不是说学校不好,师资不够,其实有胆气开这种学科的学校一般都是科研背景很强的。但是到底教什么、怎么教,没有先例,所以这个授课的质量可能会不太有保障,最后演变成主要靠在实验室学习。那就不如去一个传统学科学的硬核内容,同时去实验室学习了。

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