面向工程化的合成生物学功能器件创建与集成初探

1 合成生物学作为科学前沿的兴起 1.1 以 "合成"作为研究生命的基本策略之一 据哈佛大学历史教授 Keller 考证,"合成生物学"一词的出现已有约100年的历史.然而,合成生物学作为一个新兴科学前沿的起点,是约10 年前研究者报道人工设计构建的基因"阻遏振荡器"①和基因"双态开关"②, 这两项研究试图证明,"通过在最基本原理指导下进行设计、构建和验证来真正理解研究对象"这一现代科学的基本理念,也适用于生命对象.     

新本草计划——基于合成生物学的药用植物活性代谢物研究

经过近十年的发展,合成生物学研究的对象从单细胞的生物元件和装置的研究,逐渐过渡到多细胞的复杂体系。植物合成生物学被称为合成生物学研究的"下一篇章"。从复杂而多样的植物代谢切入进行植物合成生物学研究,有助于人类在更复杂的层面上理解生命运行的本质规律,及更深入地认知复杂人造生命的设计和构建的科学及工程原理;也有望在药用植物活性代谢物的合成生物学设计和创新生产方面实现突破。本文综述了该领域的国内外进展,并提出新本草计划的研究设想,通过基于合成生物学的药用植物活性代谢物研究,使数千年传统的本草学研究焕发新生。     

转载-我国“合成生物学”急需研究的问题

2010年5月20日,美国Science杂志报道J.Craig Venter的研究小组制造了第一个能够自我复制的人工合成生命,这一成果是人类在合成生物学领域的一次突破,同时"合成生物学"也日渐成为国内外研究的热点。本刊一直以来,也非常关注合成生物学的进展,2010年6月本刊曾发表了"从人类基因组到人造生命:克雷格.文特尔领路生命科学"一文,回顾了Venter团队制造人造细胞的研究历程及合成生物学的历史,展望了其广阔的应用前景。近日,本刊副主编陈国强教授接受了《中国科学报》(原《科学时报》)记者龙九尊的专访,探讨了我国"合成生物学"急需研究的一些问题。故编辑部特别转载推介此文,以飨读者。     

微生物药物合成的放线菌底盘

<正>合成生物学作为一门新的工程科学已然成为全世界关注的焦点。与传统的研究手段不同,合成生物学以工程化的思想引导人们有针对性地设计、制造各种元件和体系,将多样的"生物砖"按"设计图"组装并在适当的底盘体系中有效地生产造福人类的新药物、化学制品和燃料等,以解决现在所面     

合成生物学——生物工程产业化发展的新时期

<正>基于基因组学与系统生物学在20世纪90年代的兴起,合成生物学于21世纪初应运而生,成为近年来发展最为迅猛的新兴前沿交叉学科之一。与以假说导向的传统生命科学研究不同,合成生物学研究以目标为导向,譬如首先设定需要实现的全新的物质识别、信号传导、生化代谢等能力,再以工程化手段设计、改造乃至合成全新生命体,并通过进一步"设计-合成-检测"的手段反复解决问题,实现目标。合成生物学研究囊括了生物功能分子合成、基因线路合成、代谢途径合成、基因组合成、单细胞合成、多细     

微生物,高智商,大产业——合成生物学助力阿维菌素的高效智能制造

合成生物学研究具有两种属性,即生命本质的认识提升属性与生物制造属性。以阿维菌素产生的生命过程复杂性为例,几乎可用"高智商"来形容。通过系统认知微生物的"智商",从"格物致知"到"建物致用",实现师法自然,让微生物更高效地为人类服务。在人工工业大规模制造时,上述生命本质的认识无疑是有帮助的,但在微生物与生物反应器组成的复杂系统中,如何从基因到代谢的细胞生理状态到胞外的环境影响中,由"格物致知"的因果关系找到可人工操作的生物智能制造(智造),这又是极其困难的科学问题,这就是合成生物学的生物制造属性。因此,必须开展生物过程大数据分析,克服基因、代谢、过程到生产组织中产生的大量互不联系的数据孤岛。近年来,合成生物学的蓬勃发展掀起的技术革命已经彻底颠覆了人们过去对于生物和生物技术的认识。该文以阿维菌素的研究为例,讨论在合成生物学时代如何利用微生物的"智商"来加速实现微生物药物高效智能制造的研发过程,并为其他微生物天然产物药物的智能化生产提供可借鉴的思路和方法。     

合成生物学技术研究进展

合成生物学是一门将生物学工程化的应用学科,目的在于将生命元件标准化和模块化;也可用于生命起源等基础理论研究。对合成生物学进行了较为详细地介绍,主要综述了合成生物学领域新出现的方法及应用。     

合成生物学:新挑战,新机遇

<正>合成生物学作为一门迅速成长的新生学科,一经兴起便引起了全球的关注。2004年美国的《技术评论》将合成生物学列为将改变世界的十大技术之一。2007年,美国生物经济研究会发表了题为《基因组合成和设计之未来,对美国经济的影响》的报告。美国《时代》周刊也将"创造生命"列为2008年十大科学进展。     

2012酶工程专刊序言

酶工程是酶学与工程科学融合的综合性科学技术,是现代生物技术与未来生物经济的支柱。近年来,随着在合成生物学研究上的突破,作为合成生物学重要核心内容的酶工程研究受到重视与关注,为促进国内酶工程研究的发展,本期"酶工程专刊"介绍了我国酶工程专家与青年学者在新酶的发掘、酶的作用机制及酶的生产与应用方面所取得的最新进展。     

合成生物学中的DNA组装技术

合成生物学旨在应用工程学的研究思路及手段去设计或改造生物系统,是一个综合了科学与工程的拥有发展潜力的新兴学科,在生物医药、农业、能源、环保等方面发挥着巨大作用。DNA组装技术是合成生物学中的关键技术,也是合成生物学快速发展的限制性技术。综述了众多DNA组装技术的发展及其在合成生物学研究中的意义和应用。     

合成生物学

<正>2010年5月20日,美国科学家克雷格·文特尔在《科学》上公布了创造出历史上首个"人造单细胞生物"的消息。之后国内外掀起一片讨论的热潮,以这项成果为代表的合成生物学也受到了前所未有的关注。为报道生物领域这一前沿学科和热点话题,把合成生物学介绍给业界广大读者,《生物产业技     

开展学术交流 引领学术发展——中国科学院学部“合成生物学”主题科学与技术前沿论坛成功召开

<正>2013年12月26~27日,中国科学院学部"合成生物学"主题科学与技术前沿论坛在中国科学院学术会堂隆重召开。此次论坛是由中国科学院学部主办,中科院学部学术与出版工作委员会承办,中科院上海生命科学研究院、《中国科学》     

黄瓜苦味物质的代谢调控与合成生物学

苦味是影响蔬菜品质的不良性状。然而,苦味物质对植物是"天然农药",可用以抵御虫害侵入;对人类是消炎、保肝药,同时还具有抗癌药物开发潜力。通过整合黄瓜基因组大数据及传统生物学研究手段,共发现11个基因控制着黄瓜苦味形成。其中9个基因参与苦味合成,2个是调控苦味合成的"开关"基因。黄瓜苦味合成、调控及驯化分子机制的解析为综合利用及改良苦味物质创造了条件:(1)通过精细调控叶片和果实中的苦味"开关"基因,可培育叶苦果不苦的黄瓜,既可利用苦味保护植物不受害虫侵害,减少农药使用,又可保障黄瓜优良的商品品质;(2)利用合成生物学的方法体外大规模、快速合成和改良苦味物质,为后期新型药物研发创造条件。     

研读课程标准 理解课程性质

1986年以来的初中生物学教学大纲、初中生物学课程标准对生物学课程性质的研究不断深入。《全日制义务教育生物学课程标准(2011年版)》阐述了生物学课程是学科课程、科学课程、国家课程,以及它在中学阶段必然存在必修课程。生物学课程与物理学课程、化学课程等科学课程共同构成了科学课程群。同时,生物学课程是蕴含生命观念的科学课程,是研究"人"的科学课程,是具有"人文色彩"的科学课程,从而彰显了生物学课程与其他科学课程的不同。     

合成生物学发展现状与前景

合成生物学是综合了科学与工程的一个崭新的生物学研究领域,为生命现象及其运动规律的解析提供了一种采用“白下而上”合成策略的正向工程学的研究思路和方法手段,在经济和社会发展中具有巨大的应用开发潜力。近年来,DNA合成与系统生物学技术的发展使生命系统复杂基因回路的设计、合成与组装逐步成为可能,并应用于生物基化学品、生物燃料、医药中间体、保健产品的生产和环境保护等领域。但是,合成生物学的研究仍然面临科学、技术和伦理的挑战,只有积极地应对这些问题,在加大研究开发支持力度的同时,做好必要的风险监管,才能真正把握合成生物学发展带来的历史机遇。     

合成生物学与科学方法论和自然哲学

合成生物学是一个多学科交叉的研究领域,旨在整合生命科学、工程学、物理学与化学等学科,通过设计和建造新的生物元件、功能和系统,以构建在自然界中并不存在的可控方式,生物逻辑和生产系统.其众多潜在的应用领域包括新药物、环境修复、新农药、癌症治疗、生物燃料和新材料等.除了自然科学家和工程师,合成生物学也吸引了社会学家、经济学家和哲学家的关注.目前使用的"合成生物学"这个词是一个特别宽泛的概念,体现了其同样广泛的目标.合成生物学究竟是什么?它的科学方法论是什么?它有怎样的哲学含义?本文将针对上述问题展开讨论.     

DNA组装技术的研究进展

合成生物学具有巨大发展潜力,作为一门新兴学科,它有效结合了科学与工程,在生物制药、环保、农业、物质能源等方面发挥了巨大的作用。而DNA组装技术是合成生物学中的关键技术,DNA组装技术研究进展极大的限制了合成生物学的快速发展本文在简述合成生物学发展的基础上,基于DNA组装的基本理念,对主要DNA组装技术发展情况及其在合成生物学发展中的意义及应用进行了研究,为DNA组装技术的应用发展提供参考与借鉴。     

药物化学生物学国家重点实验室

<正>药物化学生物学国家重点实验室于2011年正式筹建,2014年12月通过验收,依托于南开大学的独立科研实体。实验室集中了南开大学在生物学、化学、药学、医学领域的优势力量,以"让生命可视、可控、可创造"为目标,开展以药物创新为导向的化学生物学研究。实验室下设十个大型仪器平台,分别是结构生物学平台、高通量分子药物筛选平台、细胞实验平台、生物影像学平台、分子生物学平台、药物分析测试平台、生物活性材料研究平台、化合物合成表征平台、临床前     

合成生物学在基础生命科学研究中的应用

合成生物学作为一门新兴的交叉学科,吸引了来自生物学、数理科学和工程学等不同学科的研究人员以及产业界的广泛关注和参与。它旨在通过从头创造全新的或改造已有的生物系统,实现天然生物系统不具备的功能与特性。合成生物学研究不仅具有广阔的生物产业应用前景,更为基础科研提供了全新的手段和思路。本文着眼于合成生物学―建物致知‖的理念,跟踪合成生物学研究在回答生命科学基础问题方面取得的相关成果,简述了其在细胞内分子调控网络、细胞生理学、多细胞群体形态与行为以及多物种微生态学等研究中的应用。     

基于通识教育理念的合成生物学课程设计与实践

合成生物学作为生物学中新的分支学科,发展迅速,理论研究和应用潜力巨大,在带来了很多新的研究理念和研究方法的同时,给高校教学也带来了新的挑战.目前就合成生物学课程而言,国内可供参考的教学经验不多.文中以浙江大学"博雅技艺"类通识课程—"合成生物学"为例,从课程背景、课程设计、课程实施情况、课程成果与存在问题等方面,全方位...