合成生物学在工业微生物菌种优势最小基因组改造中的应用
合成生物学技术在工业生产中的应用
合成生物学技术在工业生产中的应用随着生物技术的迅速发展，合成生物学技术逐渐从理论到实践，开始在各个领域得到广泛应用。
合成生物学是指运用基因组学、蛋白质工程学、代谢网络工程学等技术，对生物物质进行系统的设计、构建和调控。
在工业生产中，合成生物学技术可以利用生物合成代谢途径及相关基因调控机制，实现新型合成材料、医药和天然产物等的高效生产。
以乙醇生产为例，传统的乙醇发酵过程需要使用麦芽糖、葡萄糖、玉米淀粉等原料，通过微生物发酵得到乙醇。
但这种方法存在原材料利用效率低、产出成本高、工艺流程复杂等问题。
利用合成生物学技术，可以通过重构代谢途径和调控基因，将大豆、木薯、稻草等农作物废弃物和生物木质素等非食用裸露生物质，作为原料进行乙醇生产。
这种方法利用效率高，可以降低生产成本，同时还可以减少对食用原料的依赖，保障粮食安全。
合成生物学技术还可以应用于生物医药生产。
传统的生物制药生产一般采用转基因细胞或一次性培养皿来生产药物，但这种生产方式存在培养过程中细菌感染、药效不稳定等问题。
而利用合成生物学技术可以构建合成酶代替细胞生产药物，从而避免细菌污染，并且生产出的药物质量稳定。
例如，利用合成生物学方法，可以基于酵母菌构建可大规模生产利用的 L-多巴的生物合成体系，这一生物合成体系相比传统生产方式，不仅生产效率高，而且药物成本更低。
合成生物学技术在生物降解领域的应用也非常广泛。
传统的生物降解工艺通常需要消耗大量的外界能量，同时显得很难掌握。
而利用合成生物学技术可以利用生物材料，在特定媒介条件下，通过微生物发酵、酶催化等方式进行多种类似于生物分解过程的处理，达到降解、脱色、去污等目的。
例如，利用合成生物学技术可以从森林中分离得到的微生物代谢产物，可以将纤维质素、木质素等难以降解的生物物质在自然界环境下有效地降解，从而实现对环境的改善。
总之，合成生物学技术的发展为工业生产带来了新的机遇。
通过对基因调控、代谢途径工程等方面的研究和应用，可以实现新型材料、医药和天然产物等的高效生产，进一步促进工业生产的可持续发展。
微生物代谢工程和合成生物学的发展和应用
微生物代谢工程和合成生物学的发展和应用微生物代谢工程和合成生物学是相对新兴的学科，这两个学科的发展与应用，正在对生物学和工程学领域产生重大的影响。
本文将重点讨论微生物代谢工程和合成生物学的发展和应用。
一、微生物代谢工程微生物代谢工程主要涉及的是微生物基因改造、代谢途径设计和工程菌的构建，以实现生产代谢产物，解决工业生产中的能源和环境问题。
与传统的微生物发酵工艺相比，微生物代谢工程具有以下优点：可通过改造代谢途径，提高代谢产物的产量和纯度；可以通过改装微生物代谢功能和遗传信息，实现微生物生产更多的高附加值品，开辟新的经济增长点。
在微生物代谢工程领域最常见的工业微生物有大肠杆菌、酵母菌、放线菌等。
其中，大肠杆菌是最理想的工业微生物菌种之一，因为它的基因组已大致明确，代谢途径更容易控制。
微生物代谢工程的应用比较广泛，例如：1. 食品和药品生产利用微生物生产食品添加剂或药品成分，如牛奶中的抗生素lactoferrin、一些药物的原料，这些能够有效去除短时间内不能完全消除的病菌和病毒。
2. 燃料生产微生物为原料生产的生物燃料是环保型能源。
包括普通生物柴油和生物乙醇等。
这些燃料成本较低，排放温室气体的比传统燃料少 50％或以上。
3. 生物降解生物降解是一种通过微生物代谢分解固体废物的方法。
把生物降解工程与传统废弃物处理方法结合起来，可以充分利用资源，降低废弃物拥塞和对环境的威胁。
从而实现可持续发展。
二、合成生物学合成生物学是一门通过定量分析来设计、构建、计算和优化生物系统的学科。
合成生物学的主要目的是通过合成细胞能够解决生物学的问题，并开发出新的生物技术应用。
通过合成生物学来构建人工合成生命体，以应对能源和环境问题，这是其最终目标。
合成生物学的研究主要涉及以下核心方面：1. 基础生物学合成生物学是在基础生物学的基础上，通过工程排列和综合生物系统来构建人造生命体。
2. 生物网格计算生物网格计算在合成生物学领域中具有重要的地位。
合成生物学在微生物工程中的应用
合成生物学在微生物工程中的应用合成生物学是一门新兴的交叉学科，将生物学、工程学和计算机科学相结合，旨在设计和构建新的生物系统以实现特定的功能。
在微生物工程领域，合成生物学的应用日益广泛，为微生物的改造和利用提供了全新的思路和方法。
本文将探讨合成生物学在微生物工程中的应用，介绍其在生物制药、生物能源、环境修复等方面的重要作用。
一、生物制药领域合成生物学在微生物工程中的应用在生物制药领域具有重要意义。
通过合成生物学的技术手段，可以设计和构建具有特定药用功能的微生物菌株，用于生产各种药物原料。
例如，利用合成生物学的方法，可以将代谢途径进行优化，提高微生物对特定底物的转化效率，从而实现对药物原料的高效生产。
此外，合成生物学还可以用于设计新型药物分子，通过改造微生物菌株实现对这些药物的生产，为药物研发提供新的途径。
二、生物能源领域在生物能源领域，合成生物学在微生物工程中的应用也具有重要意义。
通过合成生物学的技术手段，可以设计和构建具有高效能源转化能力的微生物菌株，用于生产生物燃料和生物化学品。
例如，利用合成生物学的方法，可以优化微生物的代谢途径，提高其对生物质的降解和转化效率，从而实现对生物燃料的高效生产。
此外，合成生物学还可以用于设计新型生物能源生产系统，通过改造微生物菌株实现对生物能源的生产，为替代传统能源提供新的途径。
三、环境修复领域在环境修复领域，合成生物学在微生物工程中的应用也发挥着重要作用。
通过合成生物学的技术手段，可以设计和构建具有特定降解能力的微生物菌株，用于修复受污染的环境。
例如，利用合成生物学的方法，可以设计具有高效降解能力的微生物菌株，用于降解有机污染物、重金属等污染物质，从而实现对环境的修复和保护。
此外，合成生物学还可以用于设计新型生物修复系统，通过改造微生物菌株实现对不同类型污染物的高效降解，为环境修复提供新的解决方案。
综上所述，合成生物学在微生物工程中的应用具有广阔的发展前景和重要的社会意义。
合成生物学在发酵工业中的应用
合成生物学在发酵工业中的应用随着科学技术的不断进步，生物技术被越来越广泛地应用在工业中。
其中，合成生物学作为生物技术的一个分支，在对生物系统进行精准控制和调节方面有着重要的作用。
在发酵工业中，合成生物学被广泛应用，能够大幅提高生产效率和产品质量。
发酵工业是指利用微生物或者细胞进行化学反应的工业措施，是现代化学工业的重要组成部分。
发酵工艺的发展与优化，往往借助生物技术手段，尤其是合成生物学技术。
合成生物学的一个重要特点是以基因组学为基础，利用系统生物学的方法来重新设计微生物或者细胞，实现对微生物或细胞的功能和性质进行精准调控，以期达到预期的生产目的。
合成生物学的应用于发酵工业可以带来以下优势：增加产量在传统发酵工艺中，微生物的生长和代谢过程受很多因素的影响，比如培养条件的不稳定性、菌株的变异性、代谢产物的毒性等等。
而通过整合基因组和代谢物的组学信息，结合工程学方法，可以设计和构建新型微生物或者细胞，使其具有更高的代谢能力和更高的产物收率。
比如，在传统的乳酸菌发酵过程中，乳酸生产工艺往往受到反应物质的混合度、pH值和温度等多种因素的影响，从而使得乳酸产量不稳定。
利用合成生物学的技术手段，可以设计和构建出表达更高水平的乳酸代谢酶的新型菌株，以提高乳酸的产量。
改善产物纯度在传统的工业生产中，微生物合成产物往往伴随着其他的代谢产物和不同程度的污染物质。
而通过合成生物学的技术，可以实现对代谢途径和产物选择性的精准调控，以意愿的方向引导微生物的代谢行为，使其合成特定的目标产物，同时减少产物的副产品形成。
举例来说，在乙醇工业生产中，微生物通常不仅仅合成乙醇，也会同时合成其他代谢产物。
利用合成生物学的技术，可以重构乙醇产生途径，限制其他代谢产物的生产，以提高乙醇的产量和纯度。
提高工业化应用效率传统的发酵工艺长期存在的问题是其复杂性。
微生物的代谢途径和代谢产物易受外在环境因素影响，并且受到微生物自身因素的限制。
而合成生物学技术可以实现微生物代谢途径和代谢产物的精准设计和组装，从而对微生物代谢过程进行更好的控制。
基因重组技术在工业微生物菌种选育中应用的研究进展
基因重组技术在工业微生物菌种选育中应用的研究进展一、简述随着科学技术的日新月异，基因重组技术这一前沿生物科技在多个领域均展现出巨大的应用潜力。
尤其在工业微生物菌种的选育方面，基因重组技术更是展现出了其独特的魅力和重要性。
工业微生物菌种的选育，作为现代生物技术中的关键环节，对于优化工业生产流程、提高生产效率以及降低生产成本等方面具有重要意义。
在此背景下，基因重组技术的出现为工业微生物菌种的选育提供了更加高效、精准的手段。
通过基因重组技术，我们可以将不同菌株的优势基因进行有效整合，从而培育出具有优良性状、高性能的工业微生物菌种。
这样的菌种不仅生产效率更高，而且稳定性更强，能够更好地适应工业生产的复杂环境。
1. 基因重组技术的简介基因重组技术是现代生物技术的重要组成部分，它是指在微生物体内通过人工方法将不同的基因进行重新组合，创造出具有新的遗传特性和功能的微生物新品种。
这种技术的核心在于通过基因的同源重组，将来自不同亲本或不同物种的基因在特定的细胞中重新排列，从而实现对生物性状的改良和功能的增强。
通过基因重组技术，可以改造微生物的代谢途径，提高其生产特定产品的能力；利用基因重组技术，可以增加微生物对营养物质的利用率，降低生产成本；借助基因重组技术，可以提高微生物的抗逆性，使其能够在更恶劣的环境下生存和生产。
随着基因工程技术的发展，其在工业微生物育种领域的应用将更加广泛和深入。
随之而来的伦理和生态问题也应引起人们的重视。
在应用基因工程技术选育工业微生物菌种的过程中，必须充分考虑环境保护和可持续发展的原则。
2. 工业微生物菌种选育的重要性在生物技术飞速发展的今天，工业微生物的应用范围持续扩大，尤其在发酵、制药、生物能源及环保等产业中扮演着至关重要的角色。
为了持续提升这些工业微生物的生产效率和产品质量，科学家们已经逐渐认识到菌种的选育工作是其中的关键环节。
即根据预定的目标，通过科学手段从自然界或已有的菌株中选择出具有特定遗传特性的菌株，进而通过遗传修饰和基因重组技术，培育出性能优越的新菌种。
合成生物学在基因改造中的应用
合成生物学在基因改造中的应用随着生物技术的不断发展，基因改造技术正在成为备受关注的领域。
而在这一领域中，合成生物学的应用也逐渐受到重视。
合成生物学是一种新兴的学科，它将工程学的思想应用到生物学领域中，旨在构建人造生命体系，用以实现各项功能。
在基因改造领域中，合成生物学的应用也有了显著的进展。
一、基因合成技术基因合成技术是合成生物学中的一项关键技术，它通过合成DNA分子来实现对生物体的基因改造。
与传统的基因编辑技术相比，基因合成技术具有更高的准确性和灵活性，可以更好地实现对生物体的基因改造。
目前，国内外已经涌现了一批基因合成公司，例如著名的基因合成公司IDT。
在基因合成领域中，虽然已经取得了很多进展，但还存在一些挑战。
例如，如何解决基因合成时的错误率，如何实现更高的合成效率等等。
这些问题的解决将进一步推动基因合成技术的发展。
二、基因组编辑技术基因组编辑技术是基因改造领域中的另一项重要技术。
它通过CRISPR/Cas系统等工具，在生物体基因组中靶向编辑特定位点的DNA序列，实现对生物体基因组的精确改造。
在基因组编辑技术中，合成生物学的应用也越来越广泛。
例如，基于合成生物学技术的CRISPR/Cas系统优化及生物体整合策略，可以对生物体基因组进行快速、精确的编辑，并具有很好的可控性和安全性。
三、生物合成技术生物合成技术是合成生物学中的另一项重要技术，它可以构建某些新的代谢通路、蛋白表达系统等，实现对生物体功能的改造和优化。
例如，利用生物合成技术，可以自动化地构建生物代谢通路，从而实现对某些代谢产物的高效生产。
此外，还可以通过改造生物体质量控制系统，控制蛋白表达的速率和量，从而实现对某些蛋白质的高效表达。
四、应用前景基因改造技术的应用前景广阔。
例如，在医学领域中，基因改造技术可以用于研究疾病的发生机制，以及对疾病进行治疗。
在农业领域中，基因改造技术可以用于研究植物和动物的生长发育机制，以及改进农产品质量等。
合成生物学在微生物工程中的应用
合成生物学在微生物工程中的应用合成生物学是一门综合性的交叉学科，将工程学、生物学和计算机科学等多个学科融合在一起，旨在通过重新设计和合成生物体内的生物分子，实现对生物体的精确控制和优化。
在微生物工程领域，合成生物学为我们理解和利用微生物的特性和功能提供了新的方法和平台。
它不仅可以加速微生物工程领域的发展，还具有广泛的应用前景。
一、合成基因调控元件的应用合成生物学通过设计和合成基因调控元件，实现对微生物的基因表达的精确调控。
常见的调控元件包括启动子、基因组引物和终止子等。
通过合理设计这些基因调控元件的序列和结构，可以实现对目标基因的表达量、时机和空间位置的精确控制。
这种精确控制能力使得微生物工程在生物制药、生物燃料和环境修复等领域具有更广泛的应用前景。
二、重建自然代谢通路的应用微生物是天然的化工厂，具有丰富多样的代谢通路，可以合成各种有机化合物。
合成生物学可以通过基因编辑和重组技术，重建和调整微生物代谢通路，使其具有产生特定物质的能力。
例如，通过在微生物中重建植物次生代谢通路，我们可以利用微生物合成药物、化妆品和有机合成原料。
此外，通过研究微生物代谢途径，合成生物学还能够发现新的天然产物和生物活性物质，为药物发现和生物工程领域提供新的资源。
三、微生物工程中的合成生物学设计合成生物学为微生物工程的设计提供了新的思路和方法。
通过利用合成生物学的工具和原则，可以实现对微生物进行定向进化和优化，提高其性能和产量。
例如，通过设计和引入新的代谢途径，可以促进微生物对废弃物的利用和降解。
此外，合成生物学还能够加速微生物基因组和蛋白质功能的工程，提高微生物的多样性和适应性。
四、合成生物学在微生物工程研究中的挑战和未来发展合成生物学在微生物工程中的应用具有很大的潜力，但也面临着一些挑战。
首先，微生物工程涉及到复杂的基因调控网络和代谢途径，对于合成生物学的设计和调控能力提出了更高的要求。
其次，微生物生长环境的复杂性和不确定性也增加了微生物工程的难度。
合成生物学在工业中的应用与前景
合成生物学在工业中的应用与前景合成生物学是一门前沿新兴交叉学科，涉及生物学、化学、工程学、计算机科学等多个领域，其主要目标是通过人为的方式设计、合成生命体系的基因组和代谢途径，以达到人类所需的某种目的，如生产工业原料、治疗疾病、环保等。
合成生物学的应用与前景广阔，特别是在工业中的应用已经取得了令人瞩目的成就，并正在开辟着巨大的市场与前景。
一．合成生物学在生物制造中的应用生物制造是指利用生物体或生物过程生产工业品或商品，其优点在于利用可再生的生物大分子，避免了化石燃料的使用，从而解决了环境问题。
合成生物学的应用，可以使生物制造变得更加高效、精准和可控。
如生物燃料的生产，通过利用微生物进行代谢工程，将有机废物、纤维素等转化为燃料乙醇及丁醇，以替代传统的石油和煤炭等污染性化石燃料。
类胰岛素的制造，胰岛素是一种生物链激素，对人体生理活动具有重要影响，目前已经成为临床常用的治疗糖尿病的药物。
利用合成生物学的方法，可以将其生产量大幅提高，并使得其制备更加精准、无污染。
另外，合成生物学的应用还可以扩大到生物材料的制造、医药制造等领域，这些领域的发展就需要利用合成生物学技术，提高产品质量、降低生产成本。
二．合成生物学在环保方面的应用合成生物学能够设计、改造基因、合成生物体系等，对于研究微生物的代谢途径、菌株筛选及优化等也可以为环保事业提供宝贵的思路。
如生物降解废物、生物吸附重金属、生物吸附有机物材料等方面，合成生物学技术都可以提供切实可行的解决方案。
合成生物学可以在原有基础上进行微生物基因组和代谢途径的改良，针对不同需求，将微生物选择性地进化和优化，以实现污染物高效、可控、可再生的净化。
三．合成生物学在未来的发展前景合成生物学的发展前景广阔，未来将成为生物技术的主流之一。
未来合成生物学在以下几个领域有望取得成就：1. 工业化应用有序性增加。
以前，研究合成生物学的机构和研究人员，对于实际大规模应用的难度理解可能不足。
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合成生物学在工业微生物菌种优势最小基因组改造中的应用随着许多生物体全基因组测序的完成，兴起了最小基因组的研究，即一个能独立生活的生物体最少需要多少个基因。
对最小基因组的研究将深入了解生命起源、生物进化和生物代谢调控；并在此基础上，以人类的意愿合成自然界不可能产生的生命体。
依据核糖体RNA 序列，现存的生命形式被分为3个域，即真细菌、古细菌和真核生物。
这些生物的遗传物质都是核酸，其基因组大小变化很大，从数十万碱基对到几十亿碱基对不等；所含基因数目则为数百乃至数万。
而原核生物的基因组较小，基因结构和基因调控网络相对简单。
因此最小基因组的研究主要以原核生物为研究对象。
细胞是生命活动的基本单位，细胞生命的3大特征是维持正常代谢平衡、进行繁殖（自我复制）以及进化。
所谓最小基因组就是维持细胞三大特征的必需基因数，尽管不同物种间总基因数目变动很大，但维持自由生活细胞的必需基因数目大约为300个左右，相应的基因组大小约为300~400 kb。
随着技术的进步，以大规模高通量分析为特征的各种组学应运而生，包括基因组学、转录组学、蛋白组学和代谢组学等，这些新生的研究体系将基因组复制、基因转录、翻译和基因调控网络、蛋白质相互作用和物质能量代谢等不同层次的的信息相互关联，以揭示错综复杂的生命活动。
生物信息学、计算生物学和系统生物学就是为整合和诠释这些海量的数据而产生的，其重要性也日益突出。
在人类基因组测序完成的后基因组时代，最小基因组的确切大小仍是未解之谜。
与此同时，人工建立最小基因组的工作已经开始进行，其中最为突出的成果是“人造细胞”的诞生。
1 鉴定必需基因和最小基因组的方法在一个生物体包含的全部基因中，有一部分是必需基因，必需基因是现代生物学研究的重中之重。
必需基因是指在一定环境条件下，维持某种生物体的生命活动所必不可少的基因。
这些基因所编码蛋白质的功能被认为是生命的基础，其突变通常是致死性的。
由于细菌自身的特性，细菌特定基因的必要性还取决于环境条件。
因为寄主细胞内环境条件稳定，营养供应充足，由此使得细胞内共（寄）生细菌细胞结构和代谢途径通常极度简化，细胞壁退化乃至消失。
目前发现细菌Carsonellaruddii的基因组最小，仅为160 kb，基因分布非常致密，有182 个开放阅读框，90％的相邻开放阅读框间有所重叠。
总体而言，细菌的必需基因是合成细胞结构成分、信息传递和加工不可或缺的基因。
确定必需基因和最小基因组的方法主要有比较基因组学和系统性基因失活法。
1.1 比较基因组学方法相对而言，原核生物基因组简单，重复序列较少，因此短枪测序法适合于微生物基因组测序。
其基本思路是必需基因应该是在细菌基因组中非常保守的基因，而非必需基因则不会在所有基因组中出现。
美国国家生物技术信息中心（NCBI）的Mushegian和Koonin通过对流感嗜血杆菌和生殖支原体基因组的比较分析，发现大约256个基因为两者所共有的保守基因，应是细菌的必需基因。
稍后Koonin等对21个细菌、古细菌和真核生物的基因组进行了比较基因组学分析，认为150个基因可以维持基本的转录、翻译和复制系统以及简化的修复系统和一小群分子伴侣，这个最小化细菌的中间代谢简化成糖酵解，拥有原始的跨膜运输体，没有细胞壁。
Koonin进一步发现仅有60个蛋白质为所有生物所共有，其中大部分参与蛋白质翻译，推测现存生物的最后共同祖先仅有500~600个基因。
1.2 系统性基因插入失活方法剔除特定基因以分析其功能是经典遗传学研究的常用手段，是基于基因突变和表型变化的相关关系的分析来确定基因功能。
与此同时，这个方法也被用来确定必需基因和最小基因组。
理论上，剔除必需基因通常是致死性的，必需基因不可能剔除，所以可被剔除的基因是非必需基因。
板谷光泰研究小组率先利用枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis的自然感受态特性，采用基因插入失活的实验方法来估计最小基因组大小。
他随机挑选了79个基因位点，发现仅有6 个位点不能被抗抗生素基因标识插入，因而得不到相关突变株。
然后通过统计分析方法估算最小基因组大小约为562 kb。
这些基因大多是细胞生长、分裂、染色体复制、转录、翻译、蛋白质折叠、能量转化和物质代谢所需的持家基因。
在这当中有两个概念应当区分，必需基因群和最小基因组是相似而有所不同的概念，最小基因组基因数目应该略大于必需基因数。
细菌很多基因在功能上互补，这些基因可以分别加以剔除而不影响细胞存活，因此都是非必需基因。
但是当2个功能重叠的基因同时加以剔除后，直接影响细胞存活。
比如，在甲基因失活后，非必需的乙基因成为必需基因；反之亦然。
这种基因突变之间关系被称相互排斥，即2 个基因的失活不可能同时发生。
与此相反，有时某个基因不能被剔除，该基因失活对细菌是致死性的，似乎该基因是必需基因。
然而在另一个基因被先行剔除的情况下，该基因可以被剔除，因此实际上是非必需基因。
这种基因突变间关系被称为相互包容，即 2 个基因可以被同时剔除。
所以确定必需基因和最小基因组更可靠方法的是逐一剔除非必需基因，然而这需要极大的工作量，而且存在技术上的困难。
以下表1简述了一些微生物中确定的必需基因的名称以及实验确定的方法2 创造最小基因组的设想和策略2.1 自上而下剔除的方法自上而下的剔除方法就是通过逐步剔除现存细菌的非必需基因来缩减基因组大小直至制造出最小基因组。
目前用于基因克隆的大肠杆菌菌株大多通过这种方法进行过基因改造和优化。
菌株失活了很多与基因重组相关的基因和限制性内切酶- 修饰酶系统基因，使得基因工程质粒更加稳定。
剔除工程菌株的非必需基因如原噬菌体、转座子、插入序列、毒性因子基因和经水平转移而来的外源基因簇，可使其在实验室和工业应用中更加有效、稳定、安全。
因为有些原噬菌体的活化可造成工程菌的溶菌反应，转座子和插入序列的活动也造成一些关键基因的失活和菌株退化。
目前已有一些初步的尝试来降低细菌基因组大小，在大肠杆菌中可利用的技术主要有噬菌体λRed 重组酶切除技术，I-SceI内切酶切除技术和Cre/loxP切除技术。
在其他一些细菌中，也有相应的技术可以利用，即利用细菌本身的同源重组系统（例如枯草芽胞杆菌）或外源的同源重组系统（如λ-Red噬菌体）。
首先人为向染色体中插入重复序列（如Tn5 转座子），经染色体内部的同源重组可以切除两段重复序列之间的染色体DNA序列。
2.2 自下而上合成的方法自下而上的合成方法就是利用化学方法从头合成必需基因序列。
具体方法是首先合成小片段核酸，再将核酸片段缀合起来形成人工染色体，然后将这条人工染色体注入本身DNA 已被破坏的细菌细胞中，人工染色体可以利用现有的细胞机器进行基本的生命活动并合成新的细胞成分，以逐步取代原先的成分，最终变成全新的特定细胞。
2010年Venter 研究所报道人工合成丝状支原体的染色体(JCVI-syn1.0) 并将之转入聚二乙醇处理过的山羊支原体受体细胞。
在受体细胞分裂时，宿主的天然染色体和转入的人工染色体分配到不同的子细胞。
从人工染色体转录、翻译的蛋白质和合成的细胞成分逐渐取代原有的细胞成分，成为全新的丝状支原体细胞，他们称之为合成细胞。
这一途径将合成的染色体转入去除本身DNA的空细菌细胞中并使其接管细胞机器、合成全新细胞所需的组分。
这一成就在世界范围内引起很大的反响。
2.3 利用计算机辅助设计和虚拟细胞利用生物信息学和系统生物学将遗传发育和细胞物质能量代谢等生命活动信息化、数字化，以整体性、全方位角度来模拟、诠释生命活动的动态性质。
利用计算机模拟来辅助蓝图设计。
富田胜研究室与Venter 实验室合作，根据支原体测序和基因组分析的结果，于1997年率先成功利用所开发的电子细胞软件包建立了包括127个必需基因的计算机细胞模型。
3 构建优势最小基因组工业生产菌的过程工业生产菌株基因组精简的过程概括起来主要包括: 在掌握菌株全基因组数据的基础上，确立菌株生长繁殖发育的必需基因和生产某产品的功能基因及其关联基因，建立无痕敲除大片段基因序列的方法，采用所构建的方法进行基因组精简，检验所构建的优势小基因组菌株的生长和生产状况3.1 完成菌株全基因组测序3.2 需基因的确立和删除对象的确立3.2.1采用生物信息学比较基因组学的方法预测菌株的必需基因分析基因组岛和复制原点采用生物信息学的方法确立删除对象，首先进行必需基因分析：使用生物信息学必需基因在线数据库，用所研究菌株的全基因组碱基序列和数据库中同类菌株的必需基因数据进行比对，相似性在50%以上的可能为必需基因，在基因组的大片段敲除过程中需要避开这些基因。
3.2.2通过确立核心编码区，确定必需基因选择亲缘关系较远的同属菌株全基因组序列，确定一个基因组的保守核心编码区。
保守核心编码区在进化过程中能够保存下来的应该是菌体生长和基础代谢所必需的。
核心编码区包含的基因被认为是必需基因，保守区之外的基因则可能是和次级代谢相关的具有菌种特异性的非必需基因。
3.2.3借助基因组水平代谢网络重构，采用计算机模拟确立必需基因采用被精简微生物的基因组数据，利用NCBI数据库，建立基因与蛋白之间的对应关系，将基因间的逻辑关系一一对应到相应酶的催化反应上，从而构建出初始代谢网络。
将该网络转化成数学式，对模型进行分析，验证和补充，进而得到定量的、具有较高精度预测能力的基因组水平的代谢网络模型，同理也可建立调控网络和信号网络。
3.3 通过无痕删除对菌株基因组进行精简目前对细菌基因组进行定点无痕修饰的方法较为成熟，主要包括：传统同源重组即利用宿主菌自身RecA修复系统的双交换同源重组，利用λ-Red系统的同源重组，利用的Cre/loxP 切除系统和Tn转座系统。
4 优势最小基因组工业生产菌应用提高生产效率的实例——大肠杆菌基因组的精简以提高苏氨酸产量大肠杆菌是了解得最清楚分析得最透彻的微生物，是遗传学研究生化研究和代谢模拟研究的模式生物。
2001年，日本启动MGF计划，目标是构建构建具有最小基因组的“细胞工厂”，在此过程中，Escherichia coli K12 的4.6Mb基因组削减至3.6Mb，得到突变株MGF-01。
在M9培养基中，该突变株在对数生长期的生长速度和野生株相同，并且在野生株进入稳定期后仍然生长，最终细胞密度是野生株的1.5倍。
该研究组又将合成苏氨酸的遗传元件( metA::thrABC-cat) 整合进突变株MGF-01和野生株的基因组中，发酵48h结果表明，突变株苏氨酸的合成能力是野生株的2倍，因此基因组中非必需基因的删除使其拥有了高于野生株的合成化合物的能力。
参考文献：[1] 吴益民, 赵寿元. 最小基因组研究[J]. 生命科学. 2001: 31(1)[2]叶远浓, 郭锋彪. 微生物必需基因的理论研究现状[J]. 遗传. 2012: 34(4)[3]邱东茹. 细菌必需基因、最小基因组和合成细胞[J]. 生物工程学报. 2012: 28(5)[4]王媛媛, 郭文斌，宋存江. 工业微生物菌种改造的新方法——优势小基因组生产菌的构建[J]. 微生物学报. 2012: 23(5)PS：由于参考文献数目有限，故本文未严格按照综述格式进行编写。