合成生物學(xué)研究與進(jìn)展課件

合成生物學(xué)研究與進(jìn)展合成生物學(xué)（syntheticbiology）

一、合成生物學(xué)的定義二、合成生物學(xué)的產(chǎn)生三、合成生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容四、合成生物學(xué)的研究方法五、合成生物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)六、合成生物學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域七、合成生物學(xué)在藻類中的應(yīng)用八、研究意義及思考九、自己的想法一、合成生物學(xué)的定義合成生物學(xué)網(wǎng)站是這樣介紹的：合成生物學(xué)包括兩重意義

a、新的生物部件（part）、裝置（device）和系統(tǒng)（system）的設(shè)計(jì)與構(gòu)建。

b、對(duì)現(xiàn)有的天然存在的生物系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)以造福人類社會(huì)。

(http：///)系統(tǒng)生物學(xué)合成生物學(xué)發(fā)生與發(fā)展的學(xué)科基礎(chǔ)數(shù)學(xué)物理學(xué)工程學(xué)生物學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)化學(xué)信息學(xué)合成生物學(xué)生物能源生物醫(yī)藥環(huán)境修復(fù)精細(xì)化學(xué)品食品原料生物材料生物傳感器生物計(jì)算機(jī)應(yīng)用2000-2010年合成生物學(xué)論文及專利發(fā)表情況(Scopus

數(shù)據(jù)庫(kù))三、合成生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容1、生物大分子的合成與模塊化2、生物基因組的合成、簡(jiǎn)化與重構(gòu)3、合成代謝網(wǎng)絡(luò)4、遺傳/基因線路的設(shè)計(jì)與構(gòu)建5、細(xì)胞群體系統(tǒng)及多細(xì)胞系統(tǒng)研究6、數(shù)學(xué)模擬和功能預(yù)測(cè)1、生物大分子的合成與模塊化

標(biāo)準(zhǔn)化生物大分子的研制和開發(fā)蛋白質(zhì)的工程化改造與模塊化核酸分子的人工合成——DNA的從頭合成(Gibson,etal.Science,2010)首個(gè)具有人造DNA的活細(xì)胞必需基因必需基因（essentialgenes）是指在一定環(huán)境條件下，維持某種生物體的生命活動(dòng)所必不可少的基因。這些基因所編碼蛋白質(zhì)的功能被認(rèn)為是生命的基礎(chǔ)，去除一個(gè)必需基因?qū)⑹股矬w無(wú)法繼續(xù)存活。()真核/原核已確定數(shù)目方法1.擬南芥2.曲霉屬真菌3.秀麗隱桿線蟲4.斑馬魚5.黑腹果蠅6.智人7.小家鼠8.釀酒酵母ArabidopsisthalianaAspergillusfumigatusCaenorhabditiselegansDaniorerioDrosophilamelanogasterHomosapiensMusmusculusSaccharomycescerevisiae3563529428833911821141110T-DNAinsertioninsertionalmutagenesisRNAinterferenceinsertionalmutagenesisP-elementinsertionmutagenesisliteraturesearchliteraturesearchsingle-genedeletions1.不動(dòng)桿菌

ADP12.枯草芽孢桿菌1683.新月柄桿菌4.大腸桿菌MG16555.大腸桿菌MG1655I6.大腸桿菌MG1655II7.弗朗西斯氏菌屬8.嗜血桿菌9.幽門螺旋菌10.結(jié)核分枝桿菌11.生殖道支原體12.肺支原體AcinetobacterbaylyiADP1Bacillussubtilis168CaulobactercrescentusEscherichiacoliMG1655EscherichiacoliMG1655IEscherichiacoliMG1655IIFrancisellanovicidaU112HaemophilusinfluenzaeRdKW20Helicobacterpylori26695MycobacteriumtuberculosisH37RvMycoplasmagenitaliumG37MycoplasmapulmonisUABCTIP499271480712609296392642323614381310single-genedeletionssingle-genedeletionstransposonmutagenesisgeneticfootprintandsingle-genedeletionsgeneticfootprintandsingle-genedeletionsgeneticfootprintandsingle-genedeletionstransposonmutagenesistransposonmutagenesistransposonmutagenesistransposonmutagenesistransposonmutagenesistransposonmutagenesis

在真核與原核生物中已經(jīng)確定的必需基因

最小基因組研究一個(gè)能獨(dú)立生活的生物體最少需要多少個(gè)基因。目前研究最小基因組的手段主要是插入基因突變分析。意義：人們有可能通過(guò)遺傳工程構(gòu)建一個(gè)由最少基因組成的生命體，有助于揭示生命起源、生物進(jìn)化和生物代謝調(diào)控，使人類對(duì)生命有更加深入的理解。3、合成代謝網(wǎng)絡(luò)

目前合成代謝網(wǎng)絡(luò)主要是利用轉(zhuǎn)錄和翻譯控制單元調(diào)控酶的表達(dá)或分解代謝，合成代謝網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)還要考慮細(xì)胞的自然生長(zhǎng)和進(jìn)化過(guò)程對(duì)于網(wǎng)絡(luò)參數(shù)穩(wěn)定性的影響。4、遺傳/基因線路的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

遺傳線路俗稱基因線路，在合成生物學(xué)中，是由各種調(diào)節(jié)原件和被調(diào)節(jié)的基因組合成的遺傳裝置，可以在給定的條件下可調(diào)、可定時(shí)定量地表達(dá)基因產(chǎn)物。主要包括基因開關(guān)(geneswitching)、邏輯門(logicgate)、基因振蕩器(Geneticoscillators)等。5、細(xì)胞群體系統(tǒng)及多細(xì)胞系統(tǒng)研究

基于細(xì)胞間交流的細(xì)胞群體系統(tǒng)及多細(xì)胞系統(tǒng)的開發(fā)，主要是研究細(xì)胞群體間的同步基因表達(dá)、信號(hào)交流等。（1）自上而下法：人們利用合成生物學(xué)對(duì)現(xiàn)有生物或基因序列進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以去掉不必要的零件，或取代或添加特定的零件。四、合成生物學(xué)的研究方法

（2）自下而上法：人們利用非生命組分作為原材料來(lái)構(gòu)建生命系統(tǒng)。與自上而下法相比，采用該方法開展研究的時(shí)間較短，工作挑戰(zhàn)性非常大。JCVI用合成生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建合成細(xì)胞的流程圖2.生物系統(tǒng)的層次化(Hierarchical)Part：具有一定功能的DNA序列組成最簡(jiǎn)單的BioBrick稱為部件。Device：具有一定的生物學(xué)功能，并且能夠?yàn)橥庠次镔|(zhì)所控制的一串DNA序列。System：不同功能的Device協(xié)同運(yùn)作組成更加復(fù)雜的生物系統(tǒng)。含有多種不同功能System的生物體彼此通訊相互協(xié)調(diào)組成更復(fù)雜些的多細(xì)胞或細(xì)胞群體生物系統(tǒng)。六、合成生物學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域1.生物醫(yī)藥，如青蒿素、紫杉醇等。2.生物能源，生物柴油、乙醇等。3.環(huán)境方面，環(huán)境友好型材料等。4.新型材料，工業(yè)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)等。合成生物學(xué)——生物燃料CompanyProcessProducingOrganismEthanolAlgenolBiofuels，Naples，F(xiàn)loridaPhotosynthesisincontainedbioreactorCyanobacteriaDieselAuroraBiofuels,alameda,CaliforniaPhotosynthesisinopenpondsystemNaturallyoccurringalgaeAlgaloilsSapphireEnergy,SanDiego,CaliforniaSolazyme,S.SanfranciscoSolixBiofuels,fortCollins,ColoradoSyntheticGenomics,LaJolla,CaliforniaPhotosynthesisPhotosynthesisPhotosynthesisinclosesystemphotobioreactorCombinedphtosyntheticproductionandsecretionPhotosyntheticalgae

(Makegreen,naturebiotechnology.2009)

八、研究意義及思考

意義:1.加速合成生物學(xué)系統(tǒng)工程化的進(jìn)展，致力于工程化自組裝細(xì)胞裝置，制作嶄新的分子和生物系統(tǒng)，推進(jìn)疾病診斷、藥物學(xué)、基因編碼功能及生命起源等方面的研究。2.驗(yàn)證和深化對(duì)于生命現(xiàn)象的理解。

思考：道德倫理方面，生物安全方面，生物武器，還有一些未知問(wèn)題。與合成生物學(xué)相關(guān)的主要網(wǎng)站iGEM國(guó)際遺傳工程的機(jī)器設(shè)計(jì)競(jìng)賽

(InternationalGeneti