催化元件和途径的人工设计与组装

催化元件以及由多个催化元件组成的合成途径的设计与组装为人工合成体系的建立奠定了基础,是合成生物学的重要研究内容。除从自然生物中挖掘大量的天然酶和途径可供人工合成体系使用外,将计算生物学、蛋白质工程以及组合生物合成等技术相结合,理性地、有目的地进行催化元件和途径的人工设计与组装,将提供新功能酶以及新物质合成途径。介绍了催化元件和合成途径人工设计与组装的研究策略和最新进展。     

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.     

微重力植物细胞生理学研究进展

本文介绍1985年以来微重力植物细胞生理学飞行试验和地面模拟研究进展。     

调控元件与底盘适配性的研发

合成生物学是21世纪新兴的交叉学科,仅仅十年的发展就取得举世瞩目的成就。然而由于外源元件与底盘适配性研究不够深入,细胞工厂消耗了更多的资源,增加了排放和环境污染,生产效率远远不能满足设计需求。适配性研究的滞后影响了合成生物学的深入发展和产业化应用,本文试图从调控元件与底盘适配性的环节探讨突破的可能。     

植物质体基因工程调控元件研究进展

随着植物合成生物学的发展,质体逐渐成为许多具有商业价值的次生代谢产物和治疗性蛋白异源生产的理想平台。与核基因工程相比,质体基因工程在外源基因高效表达和生物安全性等方面具有其独特优势。然而,外源基因在质体系统中的组成型表达或对植物生长不利,因此需进一步挖掘、设计调控元件实现对外源基因的精准调控。本文概述了质体基因工程调控元件的研究进展,内容包括操纵子设计与优化思路、多基因共表达调控策略及新型表达调控元件的挖掘等,为植物合成生物学的发展提供参考。     

合成生物元件与线路的智能设计

合成生物学是生物学、工程学和计算机科学等多学科交叉融合的新兴前沿领域,旨在通过“自下而上”的工程化设计理念,逐级构建元件、器件和线路,以创造自然界中不存在的人工生物系统,或对已有的生物系统进行目标性改造。随着合成生物产业的飞速发展,对基因线路规模和复杂度的需求也在不断提升。然而,传统依赖经验和试错的方法在元件与线路构建中具有较低的效率和成功率,已无法满足合成生物科技创新转化的需求。这促使元件与线路的开发范式逐渐从人力型、经验型的试错模式向标准化、智能化的工程模式转变。机器学习能够揭示生物数据中隐含的结构和关联,为合成生物元件和线路的智能设计提供强大支持。本文综述了生物元件与线路设计中常用的机器学习算法,以及它们在合成启动子、RNA调控元件、转录因子等生物元件和简单基因线路智能设计中的典型应用,探讨了当前面临的主要挑战及潜在的解决方案。最后,本文展望了机器学习与合成生物系统设计未来的融合趋势,并强调了跨学科合作的重要性。     

基因及其顺式调控元件在动物表型进化中的作用

顺式调控假说是当前进化发育生物学中重要的理论之一, 该假说认为顺式调控元件的进化是调控外表性状进化的主要遗传机制。然而越来越多的实验结果表明, 仅靠顺式调控假说远不足以解释复杂的进化发育过程, 其他因素也会导致表型的进化, 如：与顺式调控元件相联基因的蛋白序列改变; 基因及染色体组复制; 蛋白结构域与顺式调控元件的灵活性等。文章回顾了近年来顺式调控元件以及与顺式调控元件相联基因的进化发育研究, 探讨了进化发育生物学研究的新方法与新思路。     

NGAL基因不同长度片段的克隆及其顺式作用元件定位分析

NGAL(neutrophilgelatinase-associatedlipocalin)是lipocalin家族的一个新成员,可能是人类的一种新癌基因,但其在肿瘤中的表达调控机制尚不清楚。应用生物信息学手段对NGAL(X99133,包括外显子和内含子)进行分析发现,此区域内含有许多潜在的顺式作用元件,其中主要为增强子元件。对此设计了以下实验:应用PCR技术从食管癌细胞SHEEC基因组DNA中扩增不同长度的NGAL基因片段,将其连接到PGEMT-eacy载体中进行扩增,并测序。NCBI/BLAST分析确认扩增片段为NGAL基因所有,与实验所设计相吻合。在此基础上并应用KEGG/MOTIF检索分析系统对NGAL基因的上述区段进行了顺式作用元件定位分析,结果共鉴定出5个Score值=100分的顺式作用元件位点。这为NGAL基因增强子的鉴定提供了新线索。     

内皮细胞基因的切应力反应元件

内皮细胞与血流直接接触,血流产生的血管壁切应力直接调节内皮细胞基因的表达,其调节机制就是通过切应力反应元件调节基因的转录。切应力反应元件有кＢ位点、ＴＲＥ（ＡＰ－１）位点、Ｅｇｒ－１位点和Ｓｐ１位点。相关的基因有：ＰＤＧＦ－Ｂ、（人、猫、鼠）、ｔＰＡ（人、猫、鼠）、ＴＧＦ－β１（人、鼠）、Ｅｎｄｏｔｈｅｌｉｎ－１（人）、ｅｃ－ＮＯＳ（人）、ｃ－ｆｏｓ（人）、ＩＣＡＭ－１（人）、ＭＣＰ－１（人）、Ｖ     

基因绝缘子——一类新发现的基因调节元件

最近几年,一类称为“绝缘子”的新的基因元件被众多的实验室发现和证实,大大丰富了我们对基因在染色质环境中如何形成拓扑学上独立的调节单元的认识。这个刚刚被找到的又一个基因“黑匣子”,尽管我们对其仍是一知半解,但让人们意外和兴奋的是：这类基因元件能给我们在转基因动物和基因治疗方面的研究和应用提供新的工具。     

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。     

Minimal model of self-replicating nanocells: a physically embodied information-free scenario

The building of minimal self-reproducing systems with a physical embodiment (generically called protocells) is a great challenge, with implications for both theory and applied sciences. Although the classical view of a living protocell assumes that it includes information-carrying molecules as an essential ingredient, a dividing cell-like structure can be built from a metabolism-container coupled system only. An example of such a system, modelled with dissipative particle dynamics, is presented here. This article demonstrates how a simple coupling between a precursor molecule and surfactant molecules forming micelles can experience a growth-division cycle in a predictable manner, and analyses the influence of crucial parameters on this replication cycle. Implications of these results for origins of cellular life and living technology are outlined.     

生物元件库国内外研究进展

生物元件库是对元件数据和实物进行收集、整理和共享的重要平台,对合成生物学的研究和应用具有非常重要的支撑作用。本文对国内外生物元件库的研究进展进行了介绍和综述。国外先后出现了标准生物元件登记库等多个元件库,通过制定Open MTA协议实现了元件实物的免费分发共享,并通过制定\"合成生物学开放语言\"(SBOL)实现了多个元件库之间的数据交换;通过bionet项目对元件数据和实物的去中心化管理作了进一步尝试。近年来我们与国内多家科研单位合作建设了合成生物学元件与数据库(RDBSB,https://www.biosino.org/rdbsb/or https://www.biosino.org/npbiosys/)。在建设过程中,我们首先建立了与SBOL语言兼容的《催化元件数据标准》、多种重要元件的标准功能测试方法以及安全高效的元件提交系统,并在此基础上完成了元件数量最多且信息最为全面的催化元件数据库的构建。目前,收集了30多万个催化元件,包括7万多个具有文献支持功能表征信息的催化元件,并保藏了1万个以上的实物元件和5000个底盘菌株,通过网站实现了数据和实物的公开与共享。上述元件库已经对国内合...     

基于细胞亚群调控提升生物合成效率的研究进展

采用合成生物学与代谢工程技术设计与构建微生物细胞工厂是实现化学品绿色生物制造的重要方法。微生物发酵过程中低产细胞亚群和非生产细胞亚群由于代谢负担轻,更加具有生长优势,会降低产物合成的综合效率。目前,基于响应产物浓度的生物传感器,偶联产物合成与生长的细胞亚群调控系统有助于解决这个问题。综述了细胞亚群调控系统设计和构建的常用方法,重点讨论了目前细胞亚群调控系统存在的问题及其解决策略。     

Engineered Minichromosomes in Plants

Engineered minichromosomes provide the ability to target transgenes to a defined insertion position for predictable expression on an independent chromosome. This technology promises to provide a means to add many genes to a synthetic chromosome in sequential manner. An additional advantage is that the multiple transgenes will not be inserted into the normal chromosomes and thus will not exhibit linkage drag when converging the transgenes to different germplasm nor will they be mutagenic. Telomere truncation coupled with the introduction of site-specific recombination cassettes has proven to be an easy method to produce minichromosomes. Telomere truncation results from the transformation of plasmids carrying a block of telomere repeats at one end. Minichromosomes consisting of little more than a centromere have been produced for B chromosomes of maize. Such small chromosomes have been studied for their meiotic behavior, which differs from normal sized chromosomes in that homologue pairing is rare or nonexistent and sister chromatid cohesion fails at meiosis I. Potential modifications of the minichromosomes that can address these issues are discussed. Minichromosomes can be recovered from transformed plants that are polyploid or that carry an additional chromosome as the preferred target for truncation. Site-specific recombination has been demonstrated to operate on these terminally located sites. By introducing normal B chromosomes into lines with engineered mini-B chromosomes, the latter can be increased in copy number, which provides the potential to augment the expression of the introduced genes. Because the vast majority of plant species have the same telomere sequence, the truncating transgenes should be effective in most plants to generate engineered minichromosomes. Such chromosomes establish the means to add or subtract multiple transgenes, multigene complexes, or whole biochemical pathways to plants to change their properties for agronomic applications or to use plants as factories for the production of foreign proteins or metabolites.     

A Convenient Synthesis of N,N′-dibenzyl-2,4-diaminopyrimidine-2′-deoxyribonucleoside and 1-Methyl-2′-Deoxypseudoisocytidine

The syntheses of N,N′-dibenzyl-2,4-diaminopyrimidine-2′-deoxyribonucleoside and 1-methyl-2′-deoxypseudoisocytidine via Heck coupling are described. A survey of the attempts to use the Heck coupling to synthesize N,N′-dibenzyl-2,4-diaminopyrimidine-2′-deoxyribonucleoside is provided, indicating a remarkable diversity in outcome depending on the specific heterocyclic partner used.