病原体相关合成生物学的生物安全风险和应对策略研究

合成生物学在科技、医学、工业等领域对微生物的改造促进了经济、社会的发展,随着合成生物技术的快速发展,自然界中存在的高危害性病原体可能成为合成对象,通过生物技术对已知病原体进行改造,其对人类宿主的影响将难以预料,具有比天然病原体更大的危险性,这些情况增加了总体国家安全观范畴中需要关注的生物安全要素。通过对近年来已知病毒合成生物学、已知细菌合成生物学、已知病毒使能安全风险、已知细菌使能安全风险、未知病原体合成生物学等方面的生物安全风险和要点梳理,综合国际前沿科技态势和先进科技发展理念,分析和提出生物安全应对策略和科学建议,为合成生物学健康发展提供咨询建议,并为国家生物安全政策制定提供智库参考。     

合成生物活性物质的生物安全风险和应对策略研究

生物代谢工程以微生物为载体,以生命系统各个阶段形成的代谢产物为天然模板和设计蓝图,采用合成生物技术合成活性物质。这些活性物质中部分有害或具有潜在安全威胁,如毒素和蛋白质复合物、可用于临床治疗也可危害健康的药物分子及其衍生物、国际公约限制使用的化学制剂等,可能对生物安全产生不利影响。通过对采取天然代谢通路与非天然代谢通路生物合成的活性物质、化学合成的活性物质和活性物质递送技术相关的合成生物学安全风险的梳理分析,为促进活性物质的合成生物创新发展和应用提出科学应对策略。     

群体感应系统在合成生物学中的应用*

群体感应(quorum sensing, QS)是一种广泛存在于多种微生物中的胞间通信系统,细菌产生的自诱导物随着种群密度的增加而积累,诱导细菌对种群密度的响应,调节生物膜的形成或特定基因的表达。近年来,随着群体感应系统原理与关键元件的逐渐清晰,应用合成生物学手段进行多技术联合以及多系统间正交性设计具有极大的发展潜力,群体感应系统已成为合成生物学家动态调控胞间通信常用的重要手段之一。在群体感应是细胞-细胞间通信系统的基础上,对多种群体感应系统的联合设计在生物基化学品生产中自动化调控的研究进展进行综述;并针对群体感应系统在生物电化学转化领域实现双向生物信息交流的应用进行总结;同时归纳了医学领域中群体感应系统的动态调控功能与多种疾病诊断及治疗结合的研究进展,讨论了群体感应系统在多细胞通信和实际应用等方面的发展前景。     

合成芳香族化合物的酵母底盘改造策略*

芳香族化合物种类丰富,在多个行业具有广泛的用途,需求量大。通过构建微生物细胞工厂合成芳香族化合物具有独特的优势和工业化应用前景,其中酵母底盘因其清晰的遗传背景、完善的基因操作工具以及成熟的工业发酵体系等优势,常被用于构建细胞工厂。目前改造酵母底盘生产芳香族化合物的研究取得了一系列进展,并针对关键问题提出了一些可行的解决策略。针对酵母合成芳香族化合物的策略与挑战,从芳香族化合物合成路径改造、多样化碳源利用及转运系统改造、基因组多靶点改造、特殊酵母底盘及混菌系统构建、合成生物学高通量技术的应用这五个方面进行系统地梳理和阐述,为生产芳香族化合物的酵母底盘构建与改造提供思路。     

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。     

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。     

真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展*

真菌芳香聚酮化合物是由真菌非还原聚酮合酶(NR-PKSs)催化形成的具有广泛生物活性的一类天然产物。大部分内源真菌菌株存在难培养、致病性或产率低等问题,从根本上限制了真菌芳香聚酮化合物的开发和应用。随着合成生物学和代谢工程的发展,很多具有生物活性的聚酮产物实现了在工业微生物(如酿酒酵母、构巢曲霉等)中的异源生产,相关研究逐渐成为热点。从合成途径解析与挖掘、底盘细胞的构建与改造等方面综述了近年来真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展,为未来真菌芳香聚酮化合物人工代谢途径的高效构建和实现工业化生产奠定基础。     

真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展*

真菌芳香聚酮化合物是由真菌非还原聚酮合酶(NR-PKSs)催化形成的具有广泛生物活性的一类天然产物。大部分内源真菌菌株存在难培养、致病性或产率低等问题,从根本上限制了真菌芳香聚酮化合物的开发和应用。随着合成生物学和代谢工程的发展,很多具有生物活性的聚酮产物实现了在工业微生物(如酿酒酵母、构巢曲霉等)中的异源生产,相关研究逐渐成为热点。从合成途径解析与挖掘、底盘细胞的构建与改造等方面综述了近年来真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展,为未来真菌芳香聚酮化合物人工代谢途径的高效构建和实现工业化生产奠定基础。     

P450s在萜类合成方面的合成生物学研究进展 *

细胞色素P450氧化酶能够催化一系列具有区域特异性、立体特异性的化学步骤,并参与许多天然产物如萜类化合物、甾醇以及生物碱的合成。萜类化合物是活性天然产物中的一大类化合物,在医药、香料等领域具有重要价值。萜类化合物的生物合成及合成后修饰需要P450s,但是目前已知P450s较低的催化活性极大地限制了萜类生物合成的效率。因此,迫切需要发掘和改造用于萜类生物合成的高活性P450s,以充分实现其巨大的工业应用潜力。综述了萜类代谢中涉及到的P450s家族以及近年来萜类生物合成中P450s的发掘和工程研究进展,重点介绍了合成生物学扩宽P450s在萜类合成应用中的主要策略,提出进一步加速P450s发掘和P450s工程的可行策略,并针对合成生物学技术为今后P450s在萜类合成中的应用提出建议与展望。     

合成生物学指导下芽孢杆菌合成环脂肽的研究进展*

近年来,合成生物学借助工程化在人工生命系统的设计与构建方面取得了长足进展,特别是“细胞工厂”的开发和应用为天然产物的合成带来了深刻变革。环脂肽是一类新型的天然表面活性剂,因其特殊的结构和功能亦可作为抗生素使用。目前,合成环脂肽最理想的微生物底盘是芽孢杆菌。因此,许多研究者致力于通过合成生物学技术来提升芽孢杆菌作为环脂肽细胞工厂的性能。首先,对芽孢杆菌中环脂肽的非核糖体肽合成途径进行概述;其次,重点介绍与环脂肽合成相关的调控因子;再次,从底盘细胞的选择、基因编辑工具的开发、合成路径的优化及发酵过程的优化等四个方面对合成生物学指导下环脂肽的相关研究进展进行总结;最后,讨论环脂肽合成中可能存在的挑战,并就未来研究趋势进行展望,以期为高效环脂肽细胞工厂的开发提供参考。     

病原生物学专业研究生综合素质培养的探讨

病原生物学是基础医学中一门重要学科,高素质病原生物学人才培养,是适应社会发展、满足社会需求、促进创新型人才建设的关键.作者在实际工作中,注重引导学生学习态度和思维模式的转变,开展多种形式的教学,从学习态度、科研能力、协作能力等方面对病原生物学专业研究生综合素质的培养进行了初步的探讨,把研究生带到知识前沿、形成研究问题、引导批判和创新,使研究生掌握一定的科研思路与科研方法;注重动手能力的训练,严格施教,加强学术道德教育,探索高素质病原生物学研究生培养的新模式.     

面向先进生物燃料的合成生物学

先进生物燃料一般指来自于非粮食原料的交通运输用生物燃料。近年来,先进生物燃料的发展引起了众多国家的浓厚兴趣,然而,先进生物燃料正处于关键的技术研发阶段,还需经过大量研发以突破技术障碍和示范生产活动后方能进行商业化部署。过去10年内,合成生物学研究大量兴起并不断取得突破,使人们有可能人工设计构建新的高效生命系统,克服生物燃料发展的技术瓶颈,进行先进生物燃料的生产。在介绍先进生物燃料与合成生物学的发展现状的基础上,分析了合成生物学在先进生物燃料研发中的重要价值与研发进展,探讨了合成生物学的发展潜力。     

Synthetic Genomics and Synthetic Biology Applications Between Hopes and Concerns

New organisms and biological systems designed to satisfy human needs are among the aims of synthetic genomics and synthetic biology. Synthetic biology seeks to model and construct biological components, functions and organisms that do not exist in nature or to redesign existing biological systems to perform new functions. Synthetic genomics, on the other hand, encompasses technologies for the generation of chemically-synthesized whole genomes or larger parts of genomes, allowing to simultaneously engineer a myriad of changes to the genetic material of organisms. Engineering complex functions or new organisms in synthetic biology are thus progressively becoming dependent on and converging with synthetic genomics. While applications from both areas have been predicted to offer great benefits by making possible new drugs, renewable chemicals or clean energy, they have also given rise to concerns about new safety, environmental and socio-economic risks – stirring an increasingly polarizing debate. Here we intend to provide an overview on recent progress in biomedical and biotechnological applications of synthetic genomics and synthetic biology as well as on arguments and evidence related to their possible benefits, risks and governance implications.     

合成生物学应用产品开发现状与趋势

目的：从产品开发角度分析全球合成生物学发展现状和趋势。方法：在伍德罗·威尔逊国际学者中心的合成生物学产品和应用清单（synthetic biology products and applications inventory）的数据基础上,对全球合成生物学产品的开发状态、市场应用和发展前景等进行补充检索和分析。结果：至2015年,全球至少已有81家企业（或研究机构）的116种合成生物学产品得到了市场应用开发,主要开发者为美国企业（或研究机构）,产品主要集中于化学和医药领域。结论：合成生物学实现了从生物学分析向生物学合成的范式转移,其产品开发将给一系列的行业带来深刻的变革。     

合成生物学领域专利竞争态势分析

合成生物学是生物学、工程学、化学和信息技术等相互交叉融合的一个新兴领域,在医学、药物、农业、材料、环境和能源等领域具有广阔的应用前景,甚至可能创造出自然界中没有的新生物,被视为生物科技领域的颠覆性技术。分析了合成生物学领域主要国家和地区的相关发展战略、资助项目和政策措施,总结了合成生物学领域专利技术的发展历程,揭示了该领域的专利研发主题分布情况,综合对比分析了该领域的主要国家和主要机构的专利产出情况,以期为我国合成生物学领域的科研工作者和管理决策者提供参考数据。     

基于Web of Science的合成生物学文献计量分析

合成生物学是一个新兴的交叉学科,近年来得到了广泛关注。本文以1992-2012年期间Web of Science数据库收录的5012篇与合成生物学相关的论文为研究对象,进行年代分布、地域分布、机构分布、研究热点等方面的计量分析,以探究合成生物领域的研究实力分布、研究热点与发展动态。通过文献计量分析发现合成生物学领域近十年来发展迅猛,美国等发达国家占据主动。我国在该领域的论文产出数量可观,但学术影响力有待提高。研究的热点主要集中在基因调控网络构建、基因基因组合成、功能回路设计等方面。