Synthetic Biology Select

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合成生物学简介以及BioBrick的相关介绍

什么是合成生物学？合成生物学是生物科学在二十一世纪刚刚出现的一个正在迅速发展的分支学科，并结合了工程学，化学，计算机以及分子生物学等多种学科。

合成生物学按照一定的规律和已有的知识：①设计和建造新的生物部件、装置和系统；②重新设计已有的天然生物系统为人类的特殊目的服务。

合成生物学家试图创造出一种以脱氧核糖核酸（DNA）编写的语言。

为了达此目的，需要设计DNA片段，而这些DNA片段已获标准化处理，能与其他片段轻易连结。

每个片段代表着个别指示，而将它们组合起来，便成为一个程式，能够指示细胞进行一系列的工作。

这个过程类似编写电脑程式又或是制造机器人，不同之处是其制成品是具有生命及繁殖力的活细胞。

他们尝试着利用基因的序列信息和人工合成DNA，去改装细胞的新陈代谢路径从而使得细胞具有全新的功能，例如生产化学物质和药品。

他们的最终目标是尝试从无到有地构建基因——以及新的生命形式。

而那些用以铸造新系统的生物因子就被称为“生物砖石”（BioBricks）。

2.1BioBricks简介什么是BioBricks？BioBricks是为了实现能够在活细胞体内搭建上面描述的相应的生物系统而建立的标准，使得部件之间能够更好的组合。

右图就是在质粒上的BioBrick™partBBa_B0034，它两侧的是前缀prefix(P)和后缀suffix(S).什么是前缀prefix和后缀suffix？前缀prefix和后缀suffix都是在目地基因周围的一段基因序列。

BioBrick具有相同的前缀和后缀。

每一个前缀都扩EcoRI和XbaI两个酶切位点，如果其后面的编码基因等组件（part）以“ATG”开头，则前缀为gaattcgcggccgcttctag。

否则就是gaattcgcggccgcttctagag 后缀中包括SpeI和PstI两个酶切位点。

序列为tactagtagcggccgctgcag而中间的基因经过特殊的遗传工程手段处理，使得真正的编码序列不含这四个酶切位点。

合成生物学与风险社会：一项社会存在论分析

收稿日期：2023-07-07基金项目：国家留学基金委建设高水平大学公派研究生项目（202206360140）作者简介：唐解云，中国人民大学哲学院博士研究生，上海师范大学知识与价值科学研究所特聘副研究员，主要从事历史唯物主义基础理论、马克思主义STS 研究。

E-mail:*********************摘要：合成生物学的出现与发展，是运用社会存在论分析所应用的场景，集中体现了现代社会之为风险社会的创造性、不确定性与开放性等特征。

合成生物学试图打破自然的限制，进一步为有机生命赋能，在设计生命的意义上创造生命，合成新的生物系统。

这一生命技术在具体科学研究中将生物学推向新的发展阶段，通过生物工程、化学工程以及信息工程等试图描绘“最好的可能世界”。

这一系列技术逻辑的演绎与应用，需要进一步从价值规范和应用伦理等方面进行人文反思。

关键词：合成生物学；风险社会；社会存在论；创造性；不确定性；开放性中图分类号：B0文献标识码：A 文章编号：1006-2815（2023）04-0083-11DOI ： 10.19946/j.issn.1006-2815.2023.04.008合成生物学与风险社会：一项社会存在论分析唐解云合成生物学（Synthetic Biology ）是现代社会发展的产物。

合成生物学自1980年提出以来，其表述范式便由认识生命到创造生命，并作为人工生物系统（Artificial biosystem ）研究而被广泛运用于基因生命系统当中，以期“组合成自然界原本不存在的生物有机体和人工生物系统”①。

换言之，“生命，或生命样态，以某种方式从非生命样态中产生。

”②合成生物学运用工程技术的方法试图创造新的生物系统，以期借助新的生物系统的新功能来防范或者解决社会重大风险问题。

不过，合成生物学尚未成熟，是因为现有科学技术局限，以及人工生命的系统性要求尚未得到满足。

正因如此，合成生物学备受争议，比如其创造人工生命的技术逻辑被认为是在“扮演上帝角色”，其对生命本质的认识和新定义被认为是在突破人工世界与自然世界的边界③。

合成生物学

• Venter实验室的技术改进主要有：
– (1)用凝胶来提纯寡核苷酸以减少污染； – (2) 严格控制退火连接温度来防止与不正确的序列发生连接；
– (3)采用聚合酶循环装置来装配连结产物。
合成生物学国际会议
• 2004 年6 月在美国麻省理工学院举行了第一届合成生物学国际会议。 • 会上除讨论了科学与技术问题外，还讨论了合成生物学
Venter：“创造了一个计算机为父母的生命”
JCVI：将8个由60个核苷酸组成的DNA片段，首次人工合成实验老鼠的线粒体基因组
• 使用8个只含有60个核苷酸的DNA片段，让
它们同酶和化学试剂的混合物相结合，在
50℃下孵化1小时，5天内合成出了实验鼠
的线粒体基因组，得到的基因组能够纠正
具有线粒体缺陷的细胞内的异常。
用途：生物能源、生物除污…
• Venter下一步的计划就是合成某种海藻基因组，这种新型海藻可以通过光合作用把空气中的二氧化碳转化成汽油或者柴油等清洁能源，从而有效解决目前的气候变化和能源危机。
• 疫苗、药物、生物能源、生物除污等
What is Synthetic Biology?
酸入手，结合了化学合成与无细胞体系的从头合成，用了3 年时间完成了这个划时代的工作。
Venter 实验室发展了合成基因组
• Φ X-174 噬菌体基因是单链环状 DNA，是历史上第一个被纯化的DNA 分子，也是第一个被测序的DNA分子。 • Φ X- 174 噬菌体对动植物无害，是合适的合成研究对象。 • 美国Venter 实验室发展了合成基因组的工作，该实验室只用两周就合成了Φ X-174 噬菌体基因 (5,386bp) 。
-Tom Knight

合成生物行业深度报告：合成生物经济蓬勃发展,市场潜力广阔

合成生物行业深度报告：合成生物经济蓬勃发展，市场潜力广阔合成生物是一项引人注目的科学技术，对于解决许多全球性挑战具有巨大潜力。

本报告将对合成生物行业进行深度分析，以展示其经济发展和市场潜力。

行业概述合成生物产业是指利用生物学、化学和工程学等多学科知识，通过设计和改良生物体来合成新的有用产品或实现特定功能。

这一领域的研究和应用已经取得了显著的进展，成为了当前科学研究和工业发展的热点之一。

经济发展合成生物经济正在迅速蓬勃发展。

随着技术的不断进步和商品化进程的加速，合成生物行业已经实现了良好的商业化前景。

目前，许多公司和研究机构已经在该领域取得了突破性的成果，并取得了可观的经济收益。

市场潜力合成生物市场具有广阔的潜力。

随着环境意识的增强和可持续发展的需求增加，合成生物技术被广泛用于能源、农业、医药等领域。

产业化的合成生物产品包括生物燃料、生物材料、医药品和农业产品等。

这些产品在实现可持续发展和解决传统工业难题方面具有巨大的潜力。

技术挑战尽管合成生物在经济和市场方面有着广阔的发展潜力，但仍面临着技术挑战。

合成有效的生物体和合成适用的生物系统仍需要不断突破。

此外，合成生物的商业化过程也需要克服监管、伦理和社会接受度等问题。

未来展望合成生物行业的未来展望非常乐观。

随着技术的进步和商业化的推进，合成生物将在能源供应、环境保护、医药研发等领域发挥重要作用。

政府、企业和研究机构的投入将进一步推动合成生物行业的发展，并为我们创造更加繁荣的未来。

结论合成生物行业经济蓬勃发展，市场潜力广阔。

这一行业将为人类社会的可持续发展和解决全球性挑战做出积极贡献。

我们应该重视该行业的发展并积极参与其中，推动合成生物技术的创新和应用。

（字数：211）*Note:* *The above content is a brief report on the booming development and market potential of the synthetic biology industry. It provides an overview of the industry, highlights its economic development and market potential, discusses the technological challenges, and presents future prospects. The report concludes by emphasizing the importance of the industry for sustainable development and addressing global challenges.*。

合成生物学与基因回路PPT课件

（582790kb），这是迄今为止人类在合成生物过程中走得最远的一步。
† J. C. Venter小组的另外一项工作却获得了成功：不久前将关系较近的两株支原体中一株的基因组用另外一株的基因组替换，结果仍能正常“工作”。
第二十页，共108页。
合成生物学的研究内容
• 合成代谢网络
利用转录和翻译控制单元调控酶的表达以合成或分解代谢物。主要以代谢物浓度作为控制元件的输入信号。
– Simulating life as a computer program – Using silicon to validate biological models
第二十八页，共108页。
Goal of Digital Cells（数字细胞）
• Simulate a Gene Regulatory Network
利用原核生物基因调控模组模拟电子工程逻辑门。上方图示列出调控启动子活性的因子。
RNAP：RNA 聚合酶，TF：转录因子。
(Silva-Rocha and de Lorenzo, FEBS Letters 582 (2008) 1237–1244)
第二十七页，共108页。
Bio-Informatics要做的事
第十三页，共108页。
细胞: 奇异绝妙的小工厂
第十四页，共108页。
系统生物学研究细胞对外界环境变化或刺激在各个层次上如何做相应的变更, 并建立数学模型对总体应答
作出预测.
转录
翻译
催化反应
DNA
mRNA 蛋白质
代谢物
基因组转录物组蛋白质组代谢物组
基因组学转录物组学蛋白质组学代谢物组学 Genomics Transcriptomics Proteomics Metabolomics

山东大学科技文献写作论文群体感应及其在合成生物学中的应用

群体感应及其在合成生物学中的应用胡斯琪 2011级生科2班 201100140114摘要：细菌的群体感应现象由于其独特的作用机制正越来越引起人们的关注，这种细胞与细胞之间通过种群密度而感知信息的交流方式使得细菌可以在群体的规模上应对外界的变化。

群体感应由于能够实现细胞行为的同步化，故在很多领域都有广泛的应用，特别是在新兴的合成生物学领域。

本文主要阐述了群体感应的几种方式及其作用机理，并简要的介绍了群体感应在合成生物学上的应用，最后对群体感应系统做了进一步的展望。

1引言：细胞与细胞之间的通讯通常被认为是真核细胞的专利，但是近年来的研究发现，细菌与细菌之间能通过一种被称作自体诱导物的小分子的类激素有机化合物来进行交流，这种行为被称为群体感应(Quorum sensing)[1]。

细菌的群体感应现象最早是来自于有关费氏弧菌（Vibrio fischeri）的生物发光（bioluminescence）机制的报道[2]，费氏弧菌能合成一种酰基高丝氨酸内脂类（acyl-homoserine lactone, AHL）的信号分子，可以自由扩散至细胞外，随细胞浓度的增加而增加。

当其达到一定浓度时，该AI分子与胞内的LuxR分子结合，促使其识别发光酶基因的启动子，从而启动与发光相关的基因的表达。

后来研究发现这种群体感应系统不仅在费氏弧菌中存在，还在许多革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌甚至是真核生物中出现，至今，群体感可分为种内QS系统和种间QS系统，种内QS系统又分革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的系统。

细菌的群体感应被描述为细菌通过密度调节基因的表达的机制，它可以帮助细胞计算邻近种群的细胞数量以在群体的规模上对外界刺激产生应答作用[3]。

群体感应是细胞间通讯的重要方式，它是指单个细胞通过自身合成的自体诱导物(Autoinducer)的富集来感知菌群密度的现象。

当自诱导剂的浓度随着细菌密度的增加达到特定阈值时，某些基因像开关一样被打开，启动后续一系列基因的表达[4]。

课件1-系统生物学与合成生物学

S5
S6
X1
Typical replies: 1. Nothing happens. 2. Nothing happens unless it is the rate-limiting step. 3. The rate v goes down, but that’s all. 4. S3 goes up. 5. S4 goes down. 6. Species downstream of v go down. 7. Steady State flow changes but species levels don’t. 8. Xo and X1 change
Technologies to study systems at different levels
Genomics (HT-DNA sequencing) (HTMutation detection (SNP methods) Transcriptomics (Gene/Transcript measurement, SAGE, gene chips, microarrays) Proteomics (MS, 2D-PAGE, protein 2Dchips, Yeast-2-hybrid, X-ray, NMR) YeastXMetabolomics (NMR, X-ray, capillary Xelectrophoresis)
So where do we start?
Feedback loops
So where do we start?
So where do we start?
autoregulation
So where do we start?
X Y
– 转录因子X调控基因Y 转录因子X调控基因Y

高二生物学前沿研究英语阅读理解25题

高二生物学前沿研究英语阅读理解25题1<背景文章>Gene editing technology has emerged as a powerful tool in biology. It allows scientists to make precise changes to an organism's DNA. One of the most well-known gene editing techniques is CRISPR-Cas9. This technology has revolutionized the field of biology by enabling researchers to edit genes with unprecedented accuracy and ease.The applications of gene editing in biology are vast. It can be used to correct genetic disorders in humans. For example, scientists are exploring the use of gene editing to treat diseases such as cystic fibrosis and sickle cell anemia. Gene editing can also be used to improve agricultural crops by making them more resistant to pests and diseases. In addition, it can be used to create animal models of human diseases, which can help researchers better understand the underlying mechanisms of these diseases.However, gene editing also poses some potential risks. One concern is off-target effects, where the editing process may accidentally modify unintended parts of the genome. This could lead to unintended consequences such as the development of cancer or other diseases. Another concern is the ethical implications of gene editing. For example, some people worry that gene editing could be used to create "designer babies"with enhanced traits.Despite these concerns, gene editing holds great promise for the future of biology. As research continues, it is likely that we will see more applications of this technology in medicine, agriculture, and other fields.1. What is one of the most well-known gene editing techniques?A. PCRB. CRISPR-Cas9C. Gel electrophoresisD. DNA sequencing答案：B。

浅谈合成生物学

浅谈合成生物学The Basic Of Synthetic Biology姓名：刘志洋指导老师：吴敏蓝田学园工学1117班刘志洋 3110101731浅谈合成生物学The Basic Of Synthetic Biology3110101731刘志洋[摘要]:合成生物学是从人们长期以来对生命的了解和认识发展而来的，是科学研究经历积累、酝酿和萌发后水到渠成的结果，体现了对生命科学知识从学习了解到自由运用的转变；体现了对生物系统研究从拆解与还原到拼装与整合与转变；体现了对生命的认识从敬畏和膜拜到剖析和创造的转变。

本文将从合成生物学研究进展、微生物基因组的合成重构、天然产物的生物合成及合成生物学在酶的定向进化中的应用等方面进行介绍，并展望合成生物学将为生物科学研究带来的巨大变化。

[关键词]：合成生物学，基因，细胞，遗传，分子。

[Abstract] Synthetic biology is from people to life long knowledge and understanding, It is science research experience accumulation, brewing and germination of success will come after the results. Reflecting life science knowledge by learning to understand the free use of transformation. Reflecting biological systems research and reduction to the assembled from disassembled and integration and change. Reflecting life from the understanding of the fear and worship to analyze and create change. In this paper, we will talk about the research progress of synthetic biology. And looking for the great changes synthetic biology will bring us.[Key words] Synthetic Biology genes cell DNA heredity.目前合成生物学研究涵盖范围广泛，对其定义的表述不尽相同：合成生物学领域知名的网站(http：Hsyntheticbiology．org)这样描述该领域的主要研究内容：“设计和构建新型生物学部件或系统以及对自然界的已有生物系统进行重新设计，并加以应用。

生物合成英语

生物合成英语
生物合成指的是生物体内通过生化反应合成有机分子的过程，包括蛋白质合成、核酸合成、脂类合成等。

以下是关于生物合成的英语词汇和表达：
1. Protein synthesis - 蛋白质合成
2. DNA synthesis - DNA合成
3. RNA synthesis - RNA合成
4. Lipid synthesis - 脂类合成
5. Enzyme synthesis - 酶合成
6. Metabolic pathways - 代谢通路
7. Biosynthesis - 生物合成
8. Synthetic biology - 合成生物学
9. Gene expression - 基因表达
10. Transcription - 转录
11. Translation - 翻译
12. Ribosome - 核糖体
13. Codon - 密码子
14. Anticodon - 反密码子
15. Amino acid - 氨基酸
16. Nucleotide - 核苷酸
17. Fatty acid - 脂肪酸
18. Coenzyme - 辅酶
19. Pathway intermediates - 代谢途径中间产物
20. Regulatory enzymes - 调节酶
以上是一些关于生物合成的英语词汇和表达，希望能对大家学习和掌握相关知识有所帮助。

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LeadingEdgeSyntheticBiologySelect

Inthisissue,LeadingEdgehighlightssyntheticbiology,aﬁeldthatisdeepeningourunderstandingofthedesignprinci-plesoflifeandincreasingourmasteryofbiologicalsystemsforpracticalapplicationsinbiotechnologyandmedicine.Reportsfromtherecentliterature,discussedinthisSyntheticBiologySelect,includetherationaldesignofafunctionalenzyme,anapproachforcreatingmorestableproteins,andsystems-levelanalysesthatrevealunexpectedsophistica-tionintheregulatorynetworksofmicroorganisms.

AHowtoGuideforBuildinganEnzymeInaforcefuldemonstrationofrationalproteindesign,Yeungetal.(2009)reportthetransformationofspermwhalemyoglobinintoafunctionalnitricoxidereductase.Addingtothedifﬁcultyofthisfeat,crystalstructuresfornativenitricoxidereductasesarecurrentlylacking.Hence,theproposedmechanismofcatalysishadtobeinferredfromhomologytosubunitsofhemecopperoxidases(suchascytochromecoxidase).Theauthors’effortsultimatelyentailedtheintroductionofthreehistidinesandoneglutaminetocreateanon-hemebindingsiteforiron,anessentialcofactorforreductaseactivity.Thissyntheticsiteisthenshowntoconferironbinding,andremark-ably,theengineeredproteinacquirestheabilitytoreducenitricoxide(NO)tonitrousoxide(N2O).Whenthedesignedproteiniscrystallized,thestructure

oftherationallydesignedironbindingsitecloselymatchesthestructurepre-dictedbycomputationalmodeling.Theseﬁndingsshowhowsyntheticenzymescanprovideinsightintothemechanismofactionofenzymesandillustratethepowerofinsilicomodelingforthedesignofsyntheticproteins.N.Yeungetal.(2009).Nature.PublishedonlineNovember25,2009.10.1038/nature08620.

SelectingforStabilityMostaminoacidsubstitutionsdecreaseaprotein’sstability.Giventhistendency,whattoolsdoproteinengineershaveattheirdisposalwhenenhancedstabilityistheirgoal?RecentworkbyFoitetal.(2009)providesaclevermeanstoselectforimprovedstabilitythroughaninvivoscreeninthebacteriumEscherichiacoli.Todothis,theyinsertatestproteinbetweentheN-andC-terminalhalvesofTEM1-b-lactamase,anantibioticresistanceprotein.ThesetripartitefusionproteinsarethenexpressedinE.coliandgrowninthepresenceoftheantibioticpenicillinV,whichTEM1-b-lactamasecounteracts.Usingthissystem,theauthorsshowforacollectionoftestproteinsthatantibioticresistancecorrelateswiththeirstability.Takingthisastepfurtherintotherealmofproteinengineering,theauthorsthentestalibraryofmutantsfortheproteinIm7(immunityprotein7)andsucceedinidentifyingmutationsthatimproveIm7’sstability.However,theseaminoacidsubstitutionscomewithaninterestingsideeffect,inthatmanydisrupttheinteractionofIm7withthetoxincolicin,itsnativeinteractingpartner.Thus,thisapproachoffersastraightforwardmeanstoengineeraproteinwithadesiredstabilityandalsorevealsevidenceofevolutionarytradeoffsbetweenfunctionandstability.Forin-depthdiscussionofthetradeoffsinvolvedindesigningadifferenttypeofbiologicalsystem—signaltransduc-tionpathways—seetheReviewinthisissuebyChristinaKiel,EvaYus,andLuisSerrano(page33).L.Foitetal.(2009).Mol.Cell35,861–871.

HowYeastKnowWhenIt’sTimetoGrowItmakesintuitivesensethattheavailabilityofenergy,suchasglucose,wouldbeaprimarydeterminantofacell’sgrowthrate.However,accordingtoarecentexaminationbyYoukandvanOudenaarden(2009),thegrowthlandscapeforyeastissubstantiallymorecomplexthananticipated.Inyeast,glucoseuptakeismodulatedbyglucosesensors,whichpromotetheexpressionofsixprimaryhexosetransporters(HXT).YoukandvanOudenaardendecouplethe

Overlayofthecrystalstructureoftherationallyde-signedprotein(cyan)withthestructurepredictedbycomputationalmodeling(yellow).Imagecour-tesyofY.Lu.

TripartitefusionproteinsinwhichatestproteinisinsertedintotheantibioticresistancegeneTEM1-b-lactamase(b-lac)canbeusedtoselectforaminoacidsubstitutionsthatimproveproteinstability.FigurecourtesyofJ.Bardwell.

Cell140,January8,2010ª2010ElsevierInc.5sensingofextracellularglucosefromitstransportbydeletingtheendogenousHXTgenes.Theythenreplacethegenesoneatatimeandputthemunderthecontrolofapromoterthatisinducedbydoxycyclinebutnotglucose.Surpris-ingly,thisdecouplingrevealsthatanincreaseintheconcentrationofglucosedoesnotinvariablystimulatetherateofyeastgrowth.Insomecases,increasingtheglucoseconcentrationactuallydecreasesthegrowthrate.Moreover,theHXTreplacementstrainsallbehavedifferentlywithrespecttotheeffectofglucoseconcentrationongrowthrate.Yet,thisisnottosaythatgrowthrateisunpredictable.Byplottingallofthedatatogether,theauthorsshowthatgrowthrateisdeterminedbytwoindependentvariables,therateofglucoseuptakeandtheextracellularconcentrationofglucose,andthatthesevariablescanbeﬁtintoarelativelysimpleequationthatdeﬁnesagrowthlandscape.Thisanal-ysisrevealsthefunctionalimportanceoftheinteractionbetweenthemodulesthatcontrolglucoseimportandsensing.Byuncoveringtheunderlyingdesignprinciplescontrollinggrowthrateinyeast,thisstudymayinformongoingeffortstoengineerbiologicalsystemsthatresponddynamicallytochangingenvironmentalconditions.ThethemeofengineeringdynamiccontrolintoheterologouspathwaysisexploredinanEssayinthisissuebyWilliamHoltzandJayKeasling(page19).H.YoukandA.vanOudenaarden(2009).Nature462,875–879.