內(nèi)容1.合成生物學的發(fā)展歷史及概念2.研究方式和工具3.

合成生物學的研究方向4.展望現(xiàn)在是1頁\一共有51頁\編輯于星期四15.1合成生物學的發(fā)展史及概念（1）合成生物學的發(fā)展史1978年Skallka在對限制性內(nèi)切核酸酶的評論中第一次預言了合成生物學的誕生。1980年Hobom引入了合成生物學的的名詞來描述基因重組技術。DNA合成測序技術的發(fā)展和工程學在生物體系的應用，為合成生物學奠定基礎。現(xiàn)在是2頁\一共有51頁\編輯于星期四20世紀提出的概念用現(xiàn)有的有機化學和生物化學的合成能力設計非天然的分子，使這些分子在生命體系中發(fā)揮功能。通過合成的方法來理解自然的生命體系，構建創(chuàng)造新的人工生命體?，F(xiàn)在是3頁\一共有51頁\編輯于星期四

美國基因組學先驅克萊格·凡特，在他位于馬里蘭州和加州的實驗室，科研人員在其為期15年的研究項目中，已成功制造出全球首個“合成細胞”，一種稱為絲狀支原體的細菌。

現(xiàn)在是4頁\一共有51頁\編輯于星期四（2）合成生物學合成生物學學是生物科學在二十一世紀剛剛出現(xiàn)的一個分支學科。

目的在于設計和創(chuàng)造新的生物組件和體系，對現(xiàn)有的生物體系進行重新設計。從基本的生物組件構建復雜的人工生命體系，對整個生命過程進行重新設計、改造、構建。現(xiàn)在是5頁\一共有51頁\編輯于星期四

合成生物包含的內(nèi)容

基因合成

構建人工生命體基于現(xiàn)有的天然生物組件，設計構建有新功能的生物體系。

現(xiàn)在是6頁\一共有51頁\編輯于星期四15.2合成生物學的研究方法和工具（1）合成生物學的研究方法工程領域中所有的單元部件都具有獨立功能，可以互換，容易進行模塊化的組合，即從零件到器件再到系統(tǒng)。

現(xiàn)在是7頁\一共有51頁\編輯于星期四合成生物學包含工程學的理念，任何一個生命體系可以看作是具有不同功能的生物零件的有序組合?，F(xiàn)在是8頁\一共有51頁\編輯于星期四

2004年，美國就成功在一位半身不遂的男性患者大腦中植入了一個電腦芯片，患者僅憑大腦里的意志力就可以操作電腦，能發(fā)送電子郵件。未來在芯片的幫助下，人們可以直接用大腦控制手臂和腿的假肢。現(xiàn)在就已經(jīng)出現(xiàn)了可以部分控制的假肢?，F(xiàn)在是9頁\一共有51頁\編輯于星期四標準化抽象化復雜系統(tǒng)去偶合DrewEndy(MIT)

合成生物學工程化三原則：現(xiàn)在是10頁\一共有51頁\編輯于星期四標準化

從可更換的部件庫，快速構建多組分體系，包括建立生物學功能、試驗的檢測條件及系統(tǒng)做出通用、便捷的標準。不同部件間要進行標準化來實現(xiàn)“即插即用”的性能?，F(xiàn)在是11頁\一共有51頁\編輯于星期四2003MIT成立了標準生物部件登記處，數(shù)據(jù)庫收集了3200個標準化生物學部件?，F(xiàn)在是12頁\一共有51頁\編輯于星期四現(xiàn)在是13頁\一共有51頁\編輯于星期四現(xiàn)在是14頁\一共有51頁\編輯于星期四

將一個復雜的問題分解成若干可操作的獨立的簡單問題。復雜系統(tǒng)去偶合現(xiàn)在是15頁\一共有51頁\編輯于星期四

抽象化：將生物功能單元劃分為不同層次。

DNA、RNA、蛋白質(zhì)、代謝物相互作用系統(tǒng)現(xiàn)在是16頁\一共有51頁\編輯于星期四（2）合成生物學的組成工具將這些器件逐級設計構建組合成具有特定功能的生物系統(tǒng)。生物部件part器件device系統(tǒng)system模塊module現(xiàn)在是17頁\一共有51頁\編輯于星期四

標準生物部件具有特定生物學功能的基因編碼元件

啟動子、調(diào)控因子、核糖體結合位點、編碼序列、終止子現(xiàn)在是18頁\一共有51頁\編輯于星期四現(xiàn)在是19頁\一共有51頁\編輯于星期四15.3

合成生物學的研究方向

創(chuàng)建新的基因調(diào)控模塊和線路

各種蛋白質(zhì)、DNA、RNA的相互作用形成復雜的表達調(diào)控網(wǎng)絡。通過構建非天然的基因調(diào)控模塊設計構建細胞生命活動的分子網(wǎng)絡。用途：調(diào)節(jié)基因表達和蛋白質(zhì)功能?，F(xiàn)在是20頁\一共有51頁\編輯于星期四基因線路現(xiàn)在是21頁\一共有51頁\編輯于星期四1）基因撥動開關e.g.E.coli報告基因誘導物A阻遏物A啟動子B啟動子A阻遏物B誘導物B現(xiàn)在是22頁\一共有51頁\編輯于星期四通過加入不同的誘導物實現(xiàn)開關在兩個穩(wěn)定態(tài)之間的轉換。狀態(tài)轉換具有滯后性，具有記憶功能。現(xiàn)在是23頁\一共有51頁\編輯于星期四2）基因振蕩器FT1激活它本身和FT2；FT2過量，會抑制FT1現(xiàn)在是24頁\一共有51頁\編輯于星期四3）大腸桿菌成像系統(tǒng)

將細菌改造成感光膠片，像素1平方米1億像素分辨率?，F(xiàn)在是25頁\一共有51頁\編輯于星期四

將藻膽青素合成基因(ho1和pcyA)轉入大腸桿菌，使之能將血紅素轉化為光敏感的藻膽青素PCB。lacZompC

promoter

PCBBlackPCBPCB現(xiàn)在是26頁\一共有51頁\編輯于星期四

生命體代謝途徑的重新構建微生物載體生產(chǎn)外源蛋白，目前人類利用E.coli生產(chǎn)1000多種人類蛋白?，F(xiàn)在是27頁\一共有51頁\編輯于星期四代謝途徑改造----調(diào)節(jié)核心組件優(yōu)化途徑

不同的生物學途徑提取出來優(yōu)化整合到宿主細胞合成目標化學物質(zhì)現(xiàn)在是28頁\一共有51頁\編輯于星期四1.

青蒿酸合成線路的設計構建瘧疾典型的瘧疾多呈周期性發(fā)作，表現(xiàn)為間歇性寒熱發(fā)作。發(fā)作時先有明顯的寒戰(zhàn)，全身發(fā)抖，面色蒼白，接著體溫迅速上升，達40℃或更高，面色潮紅，全身大汗淋漓，大汗后體溫降至正?；蛘Ｒ韵隆＝?jīng)過一段間歇期后，又開始重復上述間歇性定時寒戰(zhàn)、高熱發(fā)作。

現(xiàn)在是29頁\一共有51頁\編輯于星期四

每年5億人感染，100萬死亡。目前最有效的是青蒿素，生產(chǎn)周期長、成本昂貴。

中藥青篙中提取的有過氧基團的倍半萜內(nèi)酯藥物?，F(xiàn)在是30頁\一共有51頁\編輯于星期四Keasling利用合成生物學，將大腸桿菌改造成青蒿酸工廠。將甲羥戊酸合成途徑轉入大腸桿菌中，改造獲得E.coli

青蒿酸的產(chǎn)量300mg/L。現(xiàn)在是31頁\一共有51頁\編輯于星期四困難：難以預計的復雜性這一工作幾乎是150人一年工作的結果，這些工作包括，探究每個基因的功能、探究這些功能基因組合在一起的運作機制?，F(xiàn)在是32頁\一共有51頁\編輯于星期四

由于在生物合成抗瘧疾藥物的突出成就,Keasling被美國“發(fā)現(xiàn)”雜志評選為2006年度最有影響的科學家。該項目已經(jīng)獲得比爾-梅林達蓋茨基金會4300萬美元的資助,進行進一步的實驗室研究、中試、臨床實驗等后續(xù)工作?，F(xiàn)在是33頁\一共有51頁\編輯于星期四2.

代謝途徑的快速進化基因突變改造代謝途徑生產(chǎn)目標化合物現(xiàn)在是34頁\一共有51頁\編輯于星期四Church

對20種番茄紅素合成有關的基因進行突變；將突變的90個DNA片段，轉入大腸桿菌；

3天內(nèi)產(chǎn)生了150億基因突變體；從中篩選到使番茄紅素產(chǎn)量提高5倍的基因。現(xiàn)在是35頁\一共有51頁\編輯于星期四3.

利用合成生物學生產(chǎn)新能源

Kaslling利用13個可逆的酶促反應組合起來創(chuàng)建一條非天然的催化路徑。

淀粉+水H2現(xiàn)在是36頁\一共有51頁\編輯于星期四

最小基因組與合成生物學合成生物學最終目標：

合成獨立的可遺傳的人工生命體

現(xiàn)在是37頁\一共有51頁\編輯于星期四人工生命的基本要素具有膜系統(tǒng)能進行新陳代謝具有自己的基因現(xiàn)在是38頁\一共有51頁\編輯于星期四研究最簡化生命的兩種方法從下而上：從核苷酸合成新生命體。從上而下：從基因組中剔除非必要基因組。現(xiàn)在是39頁\一共有51頁\編輯于星期四1.人工構建合成生命體

2002年Wimmer小組脊髓灰質(zhì)炎病毒的合成Venter合成噬菌體基因組和生殖道支原體基因組

現(xiàn)在是40頁\一共有51頁\編輯于星期四不同物種間基因組的移植

將蕈狀支原體基因組移植到山羊支原體中。

絲狀支原體現(xiàn)在是41頁\一共有51頁\編輯于星期四2.最小基因組的構建

Blattnerj小組刪除大腸桿菌基因組的15%（高達82Kb）,細菌仍保持了良好的生存狀態(tài)。

改造后菌株的電穿孔效率、基因表達都有改變?，F(xiàn)在是42頁\一共有51頁\編輯于星期四電穿孔現(xiàn)在是43頁\一共有51頁\編輯于星期四

Endy小組用12kb人工合成的DNA取代野生T7基因組中的11kb的非必須DNA構建新的生命體。

現(xiàn)在是44頁\一共有51頁\編輯于星期四最小基因組優(yōu)點選擇性的保留所需的代謝途徑和功能；成為合成基因網(wǎng)絡理想的容器；為插入模塊提供最簡單無干擾的環(huán)境?，F(xiàn)在是45頁\一共有51頁\編輯于星期四理想的細胞底盤應具備的條件長期培養(yǎng)中保持基因穩(wěn)定能夠在低營養(yǎng)培養(yǎng)基中生長以降低成本同時協(xié)調(diào)多基因的表達能夠通過調(diào)整合成路徑抑制與生產(chǎn)無關的合成路徑現(xiàn)在是46頁\一共有51頁\編輯于星期四15.3.4構建多細胞體系多細胞體系是建立在群體細胞效應的研究基礎上，多細胞涉及細胞間的通信體系。

群體效應：微生物通過自身產(chǎn)生的一種化學信號來感受群體的濃度，從而表現(xiàn)出某種特殊的行為?，F(xiàn)在是47頁\一共有51頁\編輯于星期四細菌QS系統(tǒng)作用細菌根據(jù)特定信號分子的濃度可以監(jiān)測周圍環(huán)境中自身或其它細菌的數(shù)量變化，當信號達到一定的濃度閾值時，能啟動菌體中相關基因的表達來適應環(huán)境中的變化。現(xiàn)在是48頁\一共有51頁\編輯于星期四枯草芽胞桿菌利用QS系統(tǒng)對細胞的發(fā)育進行調(diào)控當營養(yǎng)豐富、菌體稀少時向感受態(tài)方向發(fā)展；營養(yǎng)貧乏菌體密度高時向芽胞方向發(fā)展。

現(xiàn)在是49頁\一共有51頁\編輯于星期四15.4

展望