合成生物学驱动功能细胞的精准设计与疾病诊疗

合成生物学是依据工程化的设计思路,通过人工精准设计一些功能化元器件和模块,旨在创造具有新型功能的新生物体。利用合成生物学手段人工合成的功能细胞可以精确调控细胞的行为,为传统医疗无法治愈的疾病提供了新的诊治策略。目前,在哺乳动物细胞合成生物学领域,人们设计、构建了多种可控的功能细胞用于诊断和治疗代谢疾病、癌症、免疫系统疾病等。主要介绍人工精准构建功能化细胞的研究进展及其在智能诊疗糖尿病、肿瘤等重大疾病中的应用。同时,探讨功能化细胞在临床疾病治疗中的挑战和发展前景。     

合成生物学的医学应用

合成生物学旨在基于工程学原理,通过人工合成生物调控元件、模块和基因调控网络等对细胞进行设计和改造,以实现细胞和生命体的定向演化。在医学研究中,合成生物学主要采用人工设计合成治疗性的基因回路,制备工程化细胞植入体内,纠正机体已发生缺陷的生物调控元件,以达到治疗疾病的目的。本文对合成生物学的兴起、发展及其在医学中的应用和研究进展进行了综述。     

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。     

合成生物学在改善肠道健康状态中的应用与展望

合成生物学是一个新兴的研究领域,它是指新的人工生物路径、有机体或装置的设计和构建,或者对自然生物系统进行重新设计。利用合成生物学改造肠道微生物中的共生细菌,使其实现对肠道菌群或肠道细胞状态的靶向调控,可以有效的改善宿主的肠道健康状态。由于该方法可塑性较强,可调控的靶标范围广泛、调控针对性强,副作用少,因此已逐步应用于肠道疾病的治疗中。综述了合成生物学在杀死肠道致病菌,维持肠道菌群平衡,协助肠道代谢营养物质,改善代谢疾病,诊断肠道疾病,定位肿瘤组织及调节肠道免疫系统等方面的研究进展,分析了现阶段合成生物学用于改善肠道健康状态中的优势和存在的问题,并在此基础上提出了"应用合成生物学建立人体肠道健康调控的新型功能性益生菌系统,实现对肠道健康的个性化医疗"的技术路线和管理体系。     

miR-143在脂肪细胞分化和脂类代谢中的作用

miR-143是内源性非编码的RNA,在细胞的分化、发育、增殖、脂肪代谢及疾病产生等许多生物学过程中具有重要作用。miR-143与脂类代谢密切相关,主要通过与靶基因的相互作用,影响脂肪的分化,甘油三酯的合成等。针对miR-143合成、预测的靶基因以及靶基因的调控机制方面进行综述,阐述miR-143在脂肪代谢中的作用,以便为相关疾病的诊断、治疗方面提供新思路。     

化学分子在干细胞生物学研究中的应用

随着干细胞生物学的发展,细胞替代治疗已成为治疗人类疾病的新途径。目前,许多天然和合成的小分子化合物可以用来有针对性的诱导干细胞增殖和分化。这些小分子化合物将为研究干细胞生物学特性提供新的思路,并且可能会解决干细胞在组织修复和再生医学中的关键问题。该文介绍小分子化合物在体外诱导干细胞定向分化及其在疾病治疗中的应用。     

2023年合成生物学在健康与医药领域的应用

自21世纪初以来,高通量DNA测序、大规模DNA合成与组装、高效率基因组编辑等技术不断取得突破,推动合成生物学“读-编-写”进入高通量、自动化的时代,已经开始影响或应用于生物医药、材料化工、农业、食品、能源、环境保护等多个领域。在健康与医药领域,合成生物学研究成果和技术创新可以在认识生命规律的基础上,解析疾病发生发展机制、寻找药物设计靶点、干预自然的生理代谢过程与机体的免疫应答机制、实现对人体生理状态的监测以及对疾病的诊断与治疗,从而深刻影响医疗模式、诊疗体系和生命健康产业。该文对2023年合成生物学在健康与医药领域的规划布局、研发进展和产业发展进行了系统性的梳理,并展望了该领域未来更广泛的应用前景。     

合成生物学中的酶定向进化与模块组装

合成生物学家应用标准化、通用化的生物元件和操作创建可编程、功能导向的生物装置和生物系统,最终希望通过改善或创造生物体帮助人类解决若干重大挑战,如合成廉价新药品和精细化工产品、生产新型生物燃料、清理有毒废物、治疗癌症等重大疾病。然而要实现合成生物学所展现的美好愿景,还面临许多技术难点,     

复杂天然产物合成人工生物系统的设计与构建

天然产物是人类疾病预防和治疗药物的最重要来源。合成生物学技术的蓬勃发展为天然产物的开发注入了全新的活力。文中重点介绍了如何利用合成生物技术进行复杂天然产物合成人工生物系统的设计与构建,包括与此相关的生物元件理性设计、生物元件挖掘、途径装配与集成,模块的组装与系统的适配等内容。     

苹果酸酶1及其对疾病调控的研究进展

苹果酸酶1(malic enzyme 1,ME1)是调节苹果酸代谢的关键酶,主要的生物学功能是维持细胞内氧化还原稳态、调节细胞能量代谢和合成生物分子,可影响细胞生长、分化、增殖和衰老等重要生命活动。近年来的研究表明,ME1与多种疾病的发生发展密切相关,且目前作为多种疾病潜在的治疗靶点备受关注。因此,本文将针对ME1的结构、生物学功能和转录调控机制以及与疾病的关系进行综述。     

合成生物学使能技术的研究进展

作为一门拥有巨大潜力的新兴工程学科,合成生物学的发展主要得益于各种使能技术(enabling technology)的创新开发与应用.从基本功能元件的构建与标准化,到高通量的微芯片基因合成技术与各种尺度(从bp至Mb)的DNA拼接组装方法,再到强大的基因组编辑工具,在过去十几年里合成生物学使能技术取得了长足的进步.同时,新颖的使能技术也为遗传学、癌症治疗、疾病监测以及生物制造等领域提供了优秀的研究工具,促进了多个学科的发展.如果将这些使能技术作为"配件工具",那么相对应的"主体设备"——底盘细胞也因工具的不断创新得到了快速发展.微生物最小基因组的分析以及对基因组的连续删简优化,为构建一个具有可预测、可控制表型的优良底盘细胞奠定了基础.为促进基于细胞疗法的人类疾病治疗,哺乳动物细胞作为底盘细胞也正在开发中.本文对合成生物学使能技术的最新发展进行了深入总结和梳理,探讨了这些使能技术在合成生物学乃至整个生命科学研究中的应用及其重要意义.     

活体生物药的应用及在遗传性代谢缺陷病治疗中的展望

活体生物药(live biotherapeutic products,LBPs)是指来自于人体肠道内或自然界中能够治疗人类疾病的活性菌。但天然筛选的活菌存在治疗效果不明显、差异性较大等缺点,难以满足个性化诊疗的需要。近年来,随着合成生物学的发展,研究者利用生命科学及工程科学手段,设计并构建了若干可响应外界复杂环境信号的工程菌株,加快了活体生物药的研发和应用过程。遗传性代谢缺陷病(inherited metabolic disease)是因体内某些酶的遗传缺陷致使体内相应的代谢物不能正常代谢而引发一系列临床症状的一类疾病,因此利用合成生物学技术,针对特定缺陷的酶设计重组活体生物药,未来有希望用于遗传性代谢缺陷病的治疗。本综述以活体生物药为切入点,并结合国内外文献综述,来探讨活体生物药在疾病治疗中的应用,以及对遗传性代谢缺陷病治疗的潜力。     

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。     

通过合成基因线路实现细胞分类

合成生物学是生物学与工程学结合的新兴学科,通过人工将生物元器件组合成线路引入细胞,使细胞获得对信息进行处理并做特定输出的新功能。近年来,针对疾病治疗的合成生物学研究发展迅猛,基因线路的工程化特性使通过它对疾病进行更精确、灵活的干预成为可能,在基因治疗中有广泛的应用前景。精确干预的前提是综合多种输入信号并识别出特定种类的细胞,如特异性识别出癌细胞的溶瘤病毒。疾病的发生往往伴随着细胞内多种调控网络的改变,从中提取出关键信号分子作为基因线路的输入至关重要。现综述哺乳动物细胞中对不同的信号输入进行感知的基因线路细胞分类器,为未来模块化整合信号输入、设计基因线路提供新的思路。     

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。     

人体免疫相关的合成生物学生物安全风险和应对策略研究

人体免疫相关的合成生物学一直是国际生物医学领域的前沿热点之一,它在重大疾病免疫疗法和预防医学等领域显示出了巨大的应用潜力。而人类免疫相关的合成生物学生物安全将越来越成为科技造福人类的重要健康研究主题,这一前沿研究领域也关系到总体国家安全和人类未来命运。在与人体免疫相关的合成生物学领域,重点分析潜在生物安全风险因子,从微生物对免疫功能影响、免疫抑制、免疫过激应答、自身免疫反应和人类基因组免疫5个方面进行研究,提出涉及合成生物学相关的生物安全问题并提出应对策略,为人类健康领域生物安全和合成生物技术科技创新发展保驾护航。     

泌乳素及其受体的研究进展

泌乳素(PRL)又名催乳素,是由腺垂体及一些垂体外器官如乳腺、胸腺、脾脏等合成的一种多肽类激素,以内分泌、自分泌、旁分泌的形式发挥作用,其广泛参与机体生长发育、物质代谢、性腺功能调节、应激反应、免疫调节等。泌乳素通过与其受体(PRL receptor,PRLR)在靶细胞的细胞膜表面结合,激活下游的信号转导通路,发挥其生物学作用。由于泌乳素在人体内复杂的生物学效应,泌乳素及其受体又与乳腺癌、泌乳素瘤等多种疾病的发生发展及其预后密切相关。本文就泌乳素发挥效应时对其受体的激活、受体激活后的信号转导机制以及泌乳素同相关疾病的联系进行了综述,相信泌乳素及其受体的研究将为这些疾病的治疗提供重要的方向。     

乳酸菌在合成生物学中的研究现状及展望

乳酸菌作为传统食品级微生物,长期应用于食品工业、生活保健、临床医学领域中。随着人们对乳酸菌特殊功能需求的提升,传统筛菌方法由于其技术繁复、周期长、成功率低等缺点,逐渐成为制约乳酸菌行业发展的瓶颈。合成生物学技术的出现,将具有特定功能的基因电路网络导入细胞基因组中,让细胞来完成设计者设想的各种任务,可为解决乳酸菌功能菌株开发难题提供新的机遇。探讨了乳酸菌的菌种特点及其作为合成生物学底盘的优势,综述了乳酸菌合成生物学中元件设计、载体选择、转化方法和基因编辑技术的发展现状,总结并展望了工程化乳酸菌在疾病诊断治疗、食品改善品质和生物能源等方面的应用,讨论了合成生物学在乳酸菌领域进一步应用所需实现的技术突破,旨为乳酸菌合成生物学的发展提供借鉴。     

改造肠道微生物在疾病诊断与治疗中的应用

肠道微生物是近年来新兴的热门研究领域,它与人类疾病健康存在着密切的关系。伴随高通量测序技术的发展,研究者们发现了肠道微生物在疾病的诊断与治疗中的潜力。合成生物学通过设计编辑工具以及反馈回路,可以构建具有诊断疾病或者靶向治疗疾病的肠道微生物工程菌株。这些工程菌能够对环境进行感知、计算和反馈。本文概述了改造后的肠道微生物在疾病诊断与治疗中的应用,同时阐述了目前改造后肠道微生物的临床应用现状,并对"工具短缺"以及目前改造后肠道微生物所存在的安全性等问题进行了讨论。     

合成生物学领域最新的代表性专利

<正>最近几个月,合成生物学领域的专利申请主要分布在基因组合成和组装、基因组编辑等方面;应用领域涉及肿瘤、病毒感染治疗,促进作物生长发育,以及生物精炼。