合成生物学基因设计软件:iGEM设计综述

随着基因回路规模的扩大,和应用范围的拓展,传统的合成基因回路的设计思路面临着新的挑战。新合成基因回路构建的试验周期长,试错成本大,单纯依靠经验进行设计构建,难以迅速得到满意的结果。iGEM中软件设计比赛旨在帮助合成生物学家,更高效地完成基因回路的设计与预测。为了更好地研究iGEM软件的设计与研究方向,寻找新的设计思路和理念,综述了最近几年iGEM软件队的项目,仔细总结了每一个项目的背景、目的,设计和应用。通过对比和总结,发现这几年的iGEM软件项目从功能上可以分为以下四类:①辅助设计;②资料共享;③合作交流;④数据分析。该综述可以为今后iGEM软件设计提供思考方向,也为合成生物学的发展提供新的思路。     

2017合成生物学专刊序言

近10年来,合成生物学的发展受到广泛关注。为了集中报道本领域的最新研究进展,特组织出版了此合成生物学专刊。本专刊分3个栏目:科学意义、新技术新方法和应用领域,重点介绍了合成生物学的科学内涵、技术方法进步及合成生物学在医学、药物、农业、材料、环境和能源等领域的应用前景。     

生物学领域2010年TOP5文章出炉

据《科学家》网站报道,从”合成基因组”到”砷基生命”,今年夺人眼球的研究论文着实不少,但最重要的论文来自对于生命分子基础的研究。近日2010年生物学各领域最重要的5篇论文排名出炉。     

生命能够人工合成吗?——合成生物学及展望

什么是合成生物学?2010年5月20日,以克雷格·文特尔为首的美国科学家,在世界著名权威学术期刊Science上公布了人类历史上创造出首个人造单细胞生物的消息(图1和图2)。这一研究成果表明人类能够在实验室内人工造出生命,以这项成果为代表的合成生物学(synthetic biology,Synbio)也就受到了前所未有的关注。合成生物学是门什么学科?它的基本理念又是什么?     

合成生物学指引我们向何方?

合成生物学真正进入大众视野,缘于2010年首个人造单细胞生物辛西娅的诞生。这是第一个由人类合成并能自我复制的新物种,它在给公众带来惊叹和恐慌的同时,也让合成生物学迅速成为媒体和公众关注的焦点。     

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。     

遭遇合成生物学

合成生物学的进展可能给社会安全带来新的挑战。对此,美国政府期望通过与科学界深入合作的方式来避免生物恐怖袭击。而另一方面,要制作出致命的生物武器其实并没有想象的那么容易。     

合成生物学之我见

<正>"专家视点"是刊物新设栏目。希望能与读者分享生物技术领域热点问题的专家见解,开阔视野,为生物技术领域的研发和产业化发展提供重要参考信息。本期我们特别刊登了华东理工大学张嗣良教授对合成生物学发展的一些看法和观点,以飨读者。同时也希望生物技术领域的其他专家以不同视角和观点进行学科讨论甚至辩论,以求得真理。     

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。     

从DNA合成技术角度阐述合成生物学

合成生物学是一个拥有巨大潜力的新兴学科,合成生物学技术的发展将会对未来生物、医药、农业、能源、材料和环保等方面产生巨大的推进作用。基因合成是合成生物学中最基本和使用最多的一种技术手段,合成生物学的快速发展对基因合成能力提出了空前需求。综述基因合成技术的发展历史、现状和未来趋势,探讨基因合成技术存合成生物学以及整个生命科学研究中的应用和重要意义。     

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。     

合成生物学展望

21世纪生命科学将因系统生物学和合成生物学而进入新的发展时期,系统生物学使生命科学由实验科学转变为定量、预测的系统科学,而合成生物学是在系统生物学基础上进一步把生命科学推向工程科学．把系统生物学研究的天然元件、模块、网络、系统转变为工程化的元件、模块、网络用以构建具备各种功能的生物装置和生物体。     

合成生物学技术的研究进展——DNA合成、组装与基因组编辑

合成生物学作为一门新兴学科,其目标主要有两点:一是利用非天然的分子使其出现生命的现象,也就是―人造生命‖;二是―改造生命‖,比如利用一种生命体的元件(或经过人工改造),组装到另一个生命体中,使其产生特定功能。无论是哪种目的,对生命遗传物质DNA的操作都非常关键,其具体包括DNA的从头合成、组装和编辑等。同时,这些使能技术的进步也促进了合成生物学其他领域的发展。本文介绍了DNA操作相关的合成生物学使能技术的最新进展。     

合成生物学的科学问题

合成生物学不仅推动了生物工程应用的革命性发展,也为生命科学基础研究带来了崭新机遇.该文提出了合成生物学目前的核心科学问题,一方面是解答生命功能跨层饮涌现的原理,另一方面是基于涌现性原理解决生命系统的理性设计与构建这一瓶颈问题;总结了在合成生物学研究中,当功能涌现原理已知或未知时的不同研究范式,并讨论了合成生物学的定量研...     

合成生物学引导生物系统工程化

《Science》于2010年5月20日发表了美国Craig Venter领导的研究团队在世界上首次把人工合成的基因组完全转化到脱去了细胞核的宿主细胞山羊支原体,并以新的胞内控制回路来支配该单细胞生物的生命活动。各国媒体将此成就冠以“人工生命”的美名铺天盖地的热播,公众由此对合成生物学产生了浓厚的兴趣。     

合成未来：从大肠杆菌的重构看合成生物学的发展

合成生物学（synthetic biology）是伴随着基因工程、系统生物学以及生物信息学的发展而出现的一个新的交叉学科。大肠杆菌（Escherichia coli）作为一种宿主在合成生物学的发展中功不可没。从某种意义上讲,合成生物学的每一次进展都离不开大肠杆菌。从大肠杆菌的角度出发,对合成生物学的发展进行深入分析,并提出了合成生物学在中圉发展的重点。     

首次酶促合成核酸构建块

碳基(C)-核苷在糖和核酸碱基之间以碳碳键连接,比常见RNA的氮基(N)-核苷之间的碳氮键更加稳定,并给予了活性成分更长的生物半衰期,有望在合成生物学中成为异种生物核酸(xenobiotic nucleic acids,XNA)的构建基块。目前C-核苷都是采用化学合成,缺乏生物合成的方法。2020年12月8日Nature Communications报道,Graz大学研究人员发现了一种新的酶,命名为“YeiN”,这种酶可以通过一个特定的碳键连接核糖-5-磷酸和尿嘧啶这两个核苷组成部分,这也是世界上第一次利用酶成功产生C-核苷。     

合成生物学技术在环境保护中的应用

合成生物学是一个基于生物学和工程学原理的科学领域,其目的是重新设计和重组微生物,以优化或创建具有增强功能的新生物系统。该领域利用分子工具、系统生物学和遗传框架的重编程,从而构建合成途径以获得具有替代功能的微生物。传统上,合成生物学方法通常旨在开发具有成本效益的微生物细胞工厂进而从可再生资源中生产化学物质。然而,近年来合成生物学技术开始在环境保护中发挥着更直接的作用。本综述介绍了基因工程中的合成生物学工具,讨论了基于基因工程的微生物修复策略,强调了合成生物学技术可以通过响应特定污染物进行生物修复来保护环境。其中,规律间隔成簇短回文重复序列(Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats, CRISPR)技术在基因工程细菌和古细菌的生物修复中得到了广泛应用,生物修复领域也出现了很多新的先进技术,包括生物膜工程、人工微生物群落的构建、基因驱动、酶和蛋白质工程等。有了这些新的技术和工具,生物修复将成为当今最好和最有效的污染物去除方式之一。     

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。     

先进生物燃料导向的脂肪酸途径合成生物学改造

化石能源日益枯竭,迫切需要寻找新型燃料。脂肪族生物燃料由于其热值高、性能好而受到广泛重视。微生物脂肪酸代谢途径是生产先进生物燃料的重要途径。文中综述了近几年基于合成生物学理念改造脂肪酸途径的进展,介绍了合成生物学在微生物柴油、中长链脂肪醇、长链烃类化合物生物合成中的应用,并展望了脂肪族生物燃料的发展方向。