噬菌体重组酶系统在合成生物学中的应用*

合成生物学技术采用工程化设计理念,对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成,对重塑非自然功能的“人造生命”具有重要意义。噬菌体重组系统具有高效、精确和广谱适用性等特点,在基因工程、代谢工程以及生物治疗等合成生物学领域得到了广泛的应用。从基因电路、体内遗传改造和体外重组等方面全面阐述了噬菌体重组系统在合成生物学研究的现状及热点,对当前该系统的局限性进行了探讨,并就未来的研究和发展趋势进行了展望。     

生物芯片技术专利计量研究

生物芯片的研究始于80年代中期,是现代生物学技术与计算机等其他领域高新技术相结合的产物,在基因、蛋白质等生命领域研究中起到至关重要的作用。本文对Derwent数据库中收录的有关生物芯片的专利数据进行分析,从多个专利计量指标入手,分析生物芯片技术领域的研究现状及发展动态。通过计量研究发现生物芯片技术领域自21世纪以来发展迅猛,发达国家占据主动,而我国在该领域的科研水平也处于世界前列。     

哺乳动物合成生物学在生物医学领域的研究进展

虽然合成生物学还处于早期研究阶段,但最近十年,该领域取得了非常显著的研究进展。合成生物学是以工程学思想为基础,通过人工设计、改造基因线路,从而赋予细胞或生物体新的功能,现已广泛应用于各个领域。随着人们对基因线路设计的深入研究,使得合成生物学研究走向临床应用成为可能。本文将围绕哺乳动物合成生物学在疾病治疗方面的研究进展,介绍基因线路的设计思路和方法、不同诱导因子调控的开环式基因线路以及用于疾病诊疗的闭环式基因环路在生物医学领域的应用。最后对合成生物学走向临床治疗的应用前景和挑战进行展望。     

人工定制细胞与精准医疗的最新研究进展

合成生物学研究为生命医学领域中所需求的综合性、多元化基因网络实现时间和空间复杂维度基因调控提供可能,并助力临床医学应用研究实现信息精准化、智能诊疗一体化发展,为未来医疗卫生事业革命性快速发展提供强大的技术支撑。该文以合成生物学技术平台设计开发的人工定制细胞、电子药物、智能诊疗一体化系统等方向为核心内容,对最新的合成生物学生命医学研究案例进行综述分析,讨论当前合成生物学在医学应用研究中存在的问题和未来所面临的挑战,并对其发展前景进行展望。     

植物合成生物学领域发展态势的文献计量分析

合成生物学作为一种颠覆性技术可应用于农业领域的创新发展,解决当前农业学科中的瓶颈问题。利用文献计量学方法从领域发表论文的时序数量分布、主题分布等探测当前合成生物学的基本态势。基于领域的主题分布可知,其中植物合成生物学这一主题是稳定存在的且主题规模处于稳定增长趋势。聚焦植物合成生物学这一主题方向,在构建引文网络的基础上利用主路径分析方法从知识流动角度探测植物合成生物学领域重要知识节点,内容涵盖介子油苷生物合成途径,重要催化酶功能解析、转录因子的调控作用,组学方法的应用,利用微生物酵母进行生物物质合成,这些内容表征了合成生物的核心理论技术。     

植物合成生物学领域发展态势的文献计量分析

合成生物学作为一种颠覆性技术可应用于农业领域的创新发展,解决当前农业学科中的瓶颈问题。利用文献计量学方法从领域发表论文的时序数量分布、主题分布等探测当前合成生物学的基本态势。基于领域的主题分布可知,其中植物合成生物学这一主题是稳定存在的且主题规模处于稳定增长趋势。聚焦植物合成生物学这一主题方向,在构建引文网络的基础上利用主路径分析方法从知识流动角度探测植物合成生物学领域重要知识节点,内容涵盖介子油苷生物合成途径,重要催化酶功能解析、转录因子的调控作用,组学方法的应用,利用微生物酵母进行生物物质合成,这些内容表征了合成生物的核心理论技术。     

共词分析国内外生物信息学领域研究态势

生物信息学作为自然科学领域中多学科交叉的新兴学科,其发展研究得到了众多学者的关注。为了解生物信息学在国内外的研究态势,以CNKI中文数据库和Web of science外文数据库中生物信息学领域期刊论文为研究对象,利用R语言编程工具,文献计量和共词分析归纳了国内外生物信息学领域的研究现状、热点及趋势。结果表明:国内外生物信息学研究均处于高速发展期,文献量呈逐年增长趋势,研究领域也在不断拓宽;国内外研究热点均聚焦在基因挖掘、蛋白质结构与功能预测、miRNA分析等,但国内偏向于理论研究,而国际更注重其在疾病治疗、药物设计等方面的应用研究。     

生物多样性国际研究态势分析

生物多样性研究是综合性和高度交叉性的跨学科研究领域,是1997年底Science周刊上预测的1998年及近期的6个重大科学热点之一。检索1986—2008年间SCIE文献数据库中关于生物多样性的研究论文(article,proceedings paper和review),利用Thomson Data Analyzer(TDA)分析工具和Aureka分析平台进行数据挖掘。分析表明,该研究涉及多个学科领域,近年来在生态学领域的论文数量增加最多,而生物多样性保护、进化生物学、生物化学与分子生物学方面的论文增长速度较快。生物多样性研究越来越重视全球变化和人类社会对生物多样性的影响,DNA技术和基因工程等先进技术在生物多样性研究和保护中的作用也更加突出。     

英国合成生物学规划及其影响与启示

合成生物学作为新兴前沿交叉领域,越来越凸显出其在低碳经济中支撑经济增长的巨大潜力。英国把合成生物学列为未来八大技术之一,是首个在国家层面通过路线图方式推动合成生物学发展的国家。该文分析了英国在发展合成生物学方面的政策研究、战略规划、发展模式以及近年来取得的成效等,旨在为我国合成生物学等前沿技术科技规划的制定与设计、基础设施建设与产业转化等提供参考和借鉴。     

基于文献计量分析比较中国与澳大利亚外来生物入侵的研究

随着我国与澳大利亚之间国际贸易关系日趋紧密,生物入侵已成为与两国经济发展、生态安全、国际贸易、政治利益等紧密相关的重大科学问题。本文基于2002-2016年Web of Science的引文数据,以生物入侵、入侵生态学、入侵生物学、入侵物种、外来或者非本地物种等为特定关键词,采用Histcite统计软件对我国与澳大利亚在生物入侵领域的发文量、期刊分布、国际影响力、研究热点以及引文关系进行了文献计量分析、比较。结果表明,我国与澳大利亚在外来生物入侵领域的研究总发文量分别为1673与3427篇,澳大利亚发文量明显较高,且总被引用数、篇均被引次数以及高被引文献数均明显高于我国;对科研机构分析发现我国中国科学院、复旦大学仍然具有很强的国际竞争力。另外,从两国的核心期刊分布、研究热点以及引文关系看出,两国在生物入侵研究方面的相似性以及国情特色。本研究结果较为客观地反映了我国与澳大利亚在生物入侵研究领域的科学能力和影响力,为准确掌握两国该领域研究发展状况和前沿动态、明确科学研究发展方向、制定管理策略等提供了依据。     

Recent patents on oligonucleotide synthesis and gene synthesis

Gene synthesis is an emerging field which has widespread implications in synthetic biology and molecular biology. The field is constantly evolving which has led to key advances in oligonucleotide synthesis and gene synthesis technologies, with simplicity, cost effectiveness and high throughput. The miniaturization, multiplexing, microfluidic processing and the integrated microchip engineering will drive down cost and increase productivity without compromising DNA synthesis fidelity, whereas the gigantic amount of genome information provides infinite source of DNA elements and genes as raw material for synthetic biology. This article describes some of the recent patents on oligonucleotide synthesis and gene synthesis.     

Synthetic biology in plastids

Plastids (chloroplasts) harbor a small gene‐dense genome that is amenable to genetic manipulation by transformation. During 1 billion years of evolution from the cyanobacterial endosymbiont to present‐day chloroplasts, the plastid genome has undergone a dramatic size reduction, mainly as a result of gene losses and the large‐scale transfer of genes to the nuclear genome. Thus the plastid genome can be regarded as a naturally evolved miniature genome, the gradual size reduction and compaction of which has provided a blueprint for the design of minimum genomes. Furthermore, because of the largely prokaryotic genome structure and gene expression machinery, the high transgene expression levels attainable in transgenic chloroplasts and the very low production costs in plant systems, the chloroplast lends itself to synthetic biology applications that are directed towards the efficient synthesis of green chemicals, biopharmaceuticals and other metabolites of commercial interest. This review describes recent progress with the engineering of plastid genomes with large constructs of foreign or synthetic DNA, and highlights the potential of the chloroplast as a model system in bottom‐up and top‐down synthetic biology approaches.     

基于PubMed数据库毛孢子菌病临床研究文献计量学分析

目的分析国际毛孢子菌病文献概貌,了解毛孢子菌病临床相关研究现状,为更好地开展毛孢子菌临床研究提供思路和依据。方法利用汤森路透TDA软件分析PubMed数据库收录的毛孢子菌病临床相关文献的时间、国家、期刊、作者和高频主题词分布,并获得作者合作网络图。结果临床毛孢子菌病相关文献始于1970年,经过1981～1992年的快速增长期后,近年来数量增长不明显。日本在临床毛孢子菌病研究领域具有领先优势,美国、印度、巴西、法国和中国内地发文量也较多。刊载毛孢子菌病临床研究文献最多的期刊是《日本胸部疾病杂志》（Nihon Kyobu Shikkan Gakkai Zasshi,Japa—nese Journal of Thoracic Diseases）和《临床微生物学杂志》（Journal of Clinical Microbiology）。发文量最多的作者分别是熊本大学医学部的Ando M、Araki S和琦玉医科大学的Sakata T。毛孢子菌病的高频主题词涉及毛孢子菌病的诊治、宿主免疫和毛孢子菌致病机制等。结论日本和美国仍是相关领域的研究大国,但近5a来,更多的中国科研团队加入到这一研究领域,提高了我国学者的学术影响力。侵袭性毛孢子菌病的诊治是临床毛孢子菌病研究的主要关注点。     

基因组装技术在合成生物学中的应用

基因组装技术是合成生物学领域近年来发展起来的新型技术。它基于大规模基因组数据分析,发现新型的或隐藏的生物活性物质合成基因簇。利用基因组装技术,可提高或激活沉默的生物合成基因簇在微生物中的表达,从而合成潜在的、有价值的生物活性物质。本文旨在阐明最新的体内和体外基因组装技术的设计原理、关键策略及其应用。基因组装技术是合成生物学、代谢工程和功能基因组学研究的重要工具,对生物活性物质的高效生产及合成具有重要意义。     

DNA synthesis, assembly and applications in synthetic biology

The past couple of years saw exciting new developments in microchip-based gene synthesis technologies. Such technologies hold the potential for significantly increasing the throughput and decreasing the cost of gene synthesis. Together with more efficient enzymatic error correction and genome assembly methods, these new technologies are pushing the field of synthetic biology to a higher level.     

酿酒酵母染色体设计与合成研究进展

随着合成生物学的蓬勃发展,基因组学的研究正在由读取基因组信息拓展到以编写基因组信息为主的合成基因组学时代。2009年,由Jef D. Boeke教授提出的人工合成酵母基因组计划(Sc2.0)旨在合成世界上首个真核生物基因组。在美、中、英、法、澳大利亚、新加坡等多国科学家的努力下,目前已经完成1/3的酵母染色体的人工合成。本文从合成基因组学领域的发展历程出发,介绍了Sc2.0计划中酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)染色体设计与合成的最新进展,包括酿酒酵母9号染色体右臂、3号染色体、2号染色体、5号染色体、6号染色体、10号染色体和12号染色体的设计与合成过程,阐述了其各自的合成策略以及生物学意义,以期为合成基因组学的深入开展提供借鉴与参考。     

基因合成技术研究进展

基因合成是生物学中一项最基本的、最常用的技术.对DNA调控元件、基因、途径乃至整个基因组的合成是验证生物学假设和利用生物学为人类服务的有力工具.合成生物学的快速发展对基因合成能力提出了日益迫切的需求.近年来,基于微芯片基因合成技术取得了很多令人振奋的新进展,正在向着高通量、高保真、自动化的方向发展.文中综述了DNA化学合成和基因组装及相关技术的最新研究进展和发展趋势,这些新技术正在推动着合成生物学向着更高的水平发展.     

马铃薯Y病毒属(Potyvirus)研究的文献计量分析

[目的]马铃薯Y病毒属(Potyvirus)是世界上最大的两个植物病毒属之一,对多种农作物造成危害.利用文献数据库,客观地分析国内外Potyvirus研究的发展动态,为国内外Potyvirus科研工作者和决策者提供参考.[方法]基于Web of Science数据库,采用文献计量学方法,对全球发表于1985-2012年的Potyvirus文献的国家、作者、机构、载文期刊及研究内容进行了数量和质量分析.[结果]检索到全球60个国家发表的Potyvirus文献2 442篇,以及每篇文献的被引频次和每个国家、机构及作者的H指数.经分析得出:全球Potyvirus研究论文的产出量自1991年呈稳定上升趋势,文献的数量和质量在统计的国家中,以美国最好,其次是法国、西班牙、澳大利亚、英国;美国的高产活跃作者最多;Potyvirus研究的热点是基因沉默和分子生物学,并随着研究技术方法的革新将不断深入;研究方向更多倾向于寄主方面的研究(如基因沉默、寄主抗性、与寄主互作等)及交叉学科;而中国在Potyvirus基础研究上距离国际先进水平还有很大距离,研究力量较少,有影响力的论文较少.[结论]美国在该领域的研究处于领先水平,我国仍需加强Potyvirus基础研究力量投入,努力缩短差距.     

2013合成生物学专刊序言

合成生物学目前在全球得到迅猛发展。在此专刊中,综述了一些相关技术在合成生物学领域的进展,其中有:链霉菌无痕敲除方法、基因合成技术、DNA组装新方法、最小化基因组的方法及分析、合成生物系统的组合优化。也讨论了应用合成生物学策略优化光合蓝细菌底盘、产溶剂梭菌分子遗传操作技术、蛋白质预算(Protein budget)作为合成生物学的成本标尺。最后,用几个例子说明了合成生物学的应用,包括复杂天然产物合成人工生物系统的设计与构建、微生物木糖代谢途径改造制备生物基化学品以及构建酿酒酵母工程菌合成香紫苏醇。     

How to make a minimal genome for synthetic minimal cell

As a key focus of synthetic biology, building a minimal artificial cell has given rise to many discussions. A synthetic minimal cell will provide an appropriate chassis to integrate functional synthetic parts, devices and systems with functions that cannot generally be found in nature. The design and construction of a functional minimal genome is a key step while building such a cell/chassis since all the cell functions can be traced back to the genome. Kinds of approaches, based on bioinformatics and molecular biology, have been developed and proceeded to derive essential genes and minimal gene sets for the synthetic minimal genome. Experiments about streamlining genomes of model bacteria revealed genome reduction led to unanticipated beneficial properties, such as high electroporation efficiency and accurate propagation of recombinant genes and plasmids that were unstable in other strains. Recent achievements in chemical synthesis technology for large DNA segments together with the rapid development of the whole-genome sequencing, have transferred synthesis of genes to assembly of the whole genomes based on oligonucleotides, and thus created strong preconditions for synthesis of artificial minimal genome. Here in this article, we review briefly the history and current state of research in this field and summarize the main methods for making a minimal genome. We also discuss the impacts of minimized genome on metabolism and regulation of artificial cell.