刊首语

手性生物制造是以生物、化学、工程及信息等多学科的交叉为手段,以手性医药、农药、材料等产品的高质量合成为目标,以绿色高效和高选择性为特征,以结构生物学、合成生物学、反应工程学及系统工程理论等为技术支撑,为手性化学品的高效清洁生产提供创造性设计思想和新型科学方法。手性化学品合成占据整个化学品制造领域的核心地位;手性生物制造是化学品绿色制造的必然趋势。     

基于合成生物学策略实现糖胺聚糖的微生物合成

糖胺聚糖广泛应用于化妆品和保健品领域以及血栓、骨关节炎、癌症等临床医疗.目前,商品化糖胺聚糖依赖于动物组织提取,产品存在均一性差、有潜在致病因子等缺点.采用合成生物学策略合成糖胺聚糖及其寡糖可避免上述问题,且可实现精准控制硫酸化程度及产品分子量分布.随着基因组学和合成生物学的发展,透明质酸、软骨素、肝素前体、硫酸软骨素及肝素等的合成途径被阐释,多种平台菌株的遗传操作体系不断完善.基于合成生物学策略构建微生物细胞工厂合成糖胺聚糖已成为未来发展趋势.本文主要综述了近年来生产糖胺聚糖及其寡聚糖的生物策略尤其是相关合成生物学手段,以期为未来研究提供新思路.     

《生物多样性公约》框架下合成生物学 谈判新进展及我国对策

合成生物学技术和产品因其广阔的应用前景和难以预知的生态风险, 受到各国的广泛关注。2014年10月在韩国平昌召开的《生物多样性公约》第十二次缔约方大会上, 合成生物学首次被作为正式议题进行讨论。本文梳理了《生物多样性公约》框架下合成生物学从提出到成为“新的与正在出现的议题”的过程, 分析了《生物多样性公约》在该议题上对缔约国的最新要求, 以及我国合成生物学技术发展和风险评估现状。当前我国合成生物学研究处于起步阶段,近年来的科研投入不断增大,但距离成熟的商业化仍有相当距离。我国对相关技术风险评估能力欠缺,且尚未明确负责其生物安全管理的主管部门。本文提出了以严控风险、适度鼓励研究开发和要求发达国家提供更多技术支持的谈判对策, 以及明确合成生物学安全风险管理的政府主管部门、通过技术开发以推动风险评估、构建国家合成生物学数据库和建立专业风险评估团队等履约建议。     

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。     

数字技术赋能森林生态产品价值实现：理论阐释与实现路径

森林生态产品价值实现面临供需对接难、交易成本较高、质量溯源机制欠缺、产品同质化等诸多现实困境,而数字技术的蓬勃发展为推进森林生态产品价值实现创造了新机遇。从数字技术视角首次探讨森林生态产品价值实现的理论逻辑及路径,对完善森林生态产品价值实现机制具有重要现实意义和理论意义。研究发现：(1)森林生态产品价值实现关键在于打通转化通道,构建“监测评价-资源开发-市场经营-支持保障”森林生态产品价值实现全链条机制,进而运用数字技术赋能来解决“森林生态资源变森林生态产品”、“森林生态产品变森林生态商品”两大核心问题。(2)数字技术赋能森林生态产品价值实现理论逻辑体现于：数字技术赋能产品四个基本环节,为产品价值实现提供新动能新活力;数字技术赋能生态产业化经营,提升产品价值增值空间;数字技术赋能产品市场主体行为,激发更强“长尾效应”;数字技术赋能产品市场交易信息,降低信息摩擦;数字技术赋能产品市场交易成本,降低交易成本。(3)数字技术赋能森林生态产品价值实现的路径,即利用数字技术做好森林生态产品权属登记和信息普查、森林生态产品价值核算数字化、搭建森林生态产品数字经济平台和市场交易平台、数字技术强化森林...     

中国合成生物学发展回顾与展望

合成生物学既是一门"汇聚"型新兴学科,又孕育着颠覆性的使能技术.它在系统生物学基础上,融会工程科学原理,采用自下而上的策略,重编改造天然的或设计合成新的生物体系,以揭示生命规律和构筑新一代生物工程体系,被喻为认识生命的钥匙(建物致知)、改变未来的颠覆性技术(建物致用).中国科学家曾经首次实现人工合成蛋白质(牛胰岛素)和核糖核酸(酵母丙氨酸tRNA),近年来又在染色体合成与染色体工程、基因组编辑、生物底盘构建、定量工程生物学、生物元件工程和基因回路工程、天然活性物质和有机化工产品的人工合成代谢、计算机生物模拟等方面取得系列原始发现和创新成果,成为国际合成生物学领域中的一支重要力量.时值新中国科技发展70年,撰写本文,从一个视角讨论合成生物学发展及中国科学界的贡献,纪念开拓者,励志来者,总结经验,梳理发展思路.期待中国合成生物学繁荣发展,更多地贡献于人类.     

加快推动生物制造创新研究

<正>生物制造作为生物产业的重要组成部分,是生物基产品实现产业化的基础平台,也是合成生物学等基础科学创新在具体过程中的应用。生物质是自然界唯一含碳的可再生能源,发展绿色生物制造生产燃料乙醇、生物柴油、生物航煤、生物甲烷以及各种化学品和可降解生物材料是其最佳利用途径。生物制造将从原料源头上降低碳排放、通过工业生物技术实现绿色清洁的生产工艺,将从根本上改变我国经济社会发展"高能耗、高排放"的现有模式。重大化工产品(化学品、能     

合成生物学在食品领域的应用

合成生物学作为一门交叉学科,通过设计和组装生物原件,从而制造出新的生物系统。合成生物学技术在食品质量安全以及食品废物处理等问题中的应用,将进一步推动食品行业的持续创新,为食品行业的发展提供新的思路和活力。本文回顾了工程化生物合成体系和基因编辑技术的发展,阐释了合成生物学技术在食品行业中应用的可行性,重点介绍了合成生物学技术在改善食品营养风味、高效处理食品废物、生产可降解包装材料及检测食品质量等中的应用,展望了合成生物学面向食品生产的应用前景和挑战,并对合成生物学的实际应用提出了建议。     

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。     

基因组工程在医学合成生物学中的应用

合成生物学旨在建立一套完整的工程理论和方法,通过设计和组装基本生物学元件,更为有效地实现复杂生物系统的设计,并使其完成可编程的生物学功能。近年来随着可编程基因组元件的出现,特别是CRISPR和CRISPRi技术平台的建立和完善,使得合成生物学进入了一个全新发展的时期。本文重点综述CRISPR等基因组编辑和调控技术,其在构建可编程生物学元件和复杂基因线路的应用以及合成生物学在医学中(称为医学合成生物学)的发展前景。     

2022年合成生物学发展态势

合成生物学已经进入快速发展阶段,突破性成果不断涌现,技术转化与产业应用也初见成效。DNA合成、基因编辑、计算机辅助设计和过程自动化、机器学习等技术的进步和相关平台的建设,以及政策的支持和投融资的持续活跃,有望进一步推动生物产业及生物经济的发展。在新一轮科技变革与保护自然环境、减少碳排放的背景下,世界主要国家更加注重生物经济的可持续发展。该文系统梳理了全球合成生物学在2022年的战略规划、研发和产业等方面的进展,展望了未来在技术创新、产业应用等方面的发展前景。     

基于合成生物学的微生物制造研究进展

基于合成生物学的微生物制造在天然产物药物、生物能源、生物基化学品及生物传感器件的研究中发挥越来越重要的作用。本文系统地介绍了合成生物学研究领域的最新技术进展,包括DNA和染色体合成、新生物元件开发与元件库标准化、染色体工程与最小基因组技术、途径装配技术等,并阐述了合成生物学在微生物制造领域内所取得的突破和巨大的应用价值。     

应用合成生物学构建蓝细菌细胞工厂的研究进展

蓝细菌是一类能进行放氧光合作用的原核微生物,具有生长速度快、光合效率高、易于基因遗传操作等特点。它们能够将捕获的光能和二氧化碳转化为生物能源分子,在解决当前社会面临的能源紧缺和环境污染等问题上有着重要的理论和应用研究价值。近年来,随着合成生物学的迅猛发展,构建以蓝细菌为底盘的“人工细胞工厂”用于合成各类生物能源和精细化学产品取得了令人瞩目的成绩。重点介绍了应用合成生物学构建蓝细菌细胞合成工厂的研究进展,并对“光合自养型细胞工厂”面临的两大问题——产物毒性问题以及细胞内氧化胁迫问题进行了重点讨论。     

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.     

工业应用导向的蛋白质结构与功能研究进展

在蛋白质工程、绿色生物制造以及合成生物学等研究领域中,对重要催化反应的重塑和合成路径的优化搭建,都依赖于对相关蛋白质结构与功能的深入了解。合成生物技术近年来的飞速发展对关键菌种及生物催化过程中的蛋白质的性能提出了更高要求,相关研究的关键是获得大批量、高纯度目的蛋白,并进行快速、准确的构效关系研究。中国科学院天津工业生物技术研究所建所10年来,在工业蛋白质领域进行了多年的积累,成功搭建成了蛋白质结构生物学平台;并在植物天然产物合成相关萜类合成酶、白色污染降解的聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate, PET)塑料降解酶以及生物质转化利用相关酶等方面获得了一些进展,通过对这些蛋白进行结构和功能的研究,为许多研究工作提供了理论依据。蛋白质结构功能研究相关技术的不断发展,将加速合成生物学的学术和工业应用研究,推动我国生物制造领域的科技创新升级。     

合成生物学助力应急疫苗研制

合成生物学具有系统性思维和工程学理念的特点,致力于创造新的生命或新的系统。合成生物学为疫苗研发人员提供了新的思路,不断开发出新疫苗研制的技术平台。通过抗原重构技术,合成的强抗原能够很好地激活VRC0-1种系的B细胞;利用合成生物学合成自组装的纳米颗粒疫苗,能够有效地暴露保守抗原;通过合成生物学完成流感疫苗基因组的快速组装,大大缩短了疫苗的研制周期;通过系统性地改造,重组沙门菌再一次成为疫苗开发的重要工具。合成生物学在应急疫苗研发过程中疫苗研制平台搭建及快速合成新发传染病抗原方面发挥着突出作用。     

《生物技术世界》杂志稿约

<正>《生物技术世界》杂志以传播生物技术前沿科学,引领生物技术发展潮流为目标,是涉及生物工程、生物技术、微生物学及相关领域的专业性期刊,报道我国生物技术研究开发及生物学相关领域的重要成果和国内外生物技术产业进展。向中国生物及其相关行业的企业家、技术决策者、生命科学的技术人员、生物产业的投资人提供国内外全面及时的生物技术、产品、市场等方面的信息,促进生物研究成果市场化,     

《生物技术世界》杂志稿约

<正>《生物技术世界》杂志以传播生物技术前沿科学,引领生物技术发展潮流为目标,是涉及生物工程、生物技术、微生物学及相关领域的专业性期刊,报道我国生物技术研究开发及生物学相关领域的重要成果和国内外生物技术产业进展。向中国生物及其相关行业的企业家、技术决策者、生命科学的技术人员、生物产业的投资人提供国内外全面及时的生物技术、产品、市场等方面的信息,促进生物研究成果市场化,     

《生物技术世界》杂志稿约

<正>《生物技术世界》杂志以传播生物技术前沿科学,引领生物技术发展潮流为目标,是涉及生物工程、生物技术、微生物学及相关领域的专业性期刊,报道我国生物技术研究开发及生物学相关领域的重要成果和国内外生物技术产业进展。向中国生物及其相关行业的企业家、技术决策者、生命科学的技术人员、生物产业的投资人提供国内外全面及时的生物技术、产品、市场等方面的信息,促进生物研究成果市场化,     

《生物技术世界》杂志稿约

<正>《生物技术世界》杂志以传播生物技术前沿科学,引领生物技术发展潮流为目标,是涉及生物工程、生物技术、微生物学及相关领域的专业性期刊,报道我国生物技术研究开发及生物学相关领域的重要成果和国内外生物技术产业进展。向中国生物及其相关行业的企业家、技术决策者、生命科学的技术人员、生物产业的投资人提供国内外全面及时的生物技术、产品、市场等方面的信息,促进生物研究成果市场化,