合成生物學與基因回路第一頁，編輯于星期五：十五點三十九分。一.什么是合成生物學SyntheticBiology第二頁，編輯于星期五：十五點三十九分。何時出現合成生物學這一名字？●Science雜志最早于1911年33卷有兩篇文章出現“syntheticbiology”（合成生物學）一詞?！馤ancet雜志最早于1911年7月8日有一篇文章出現“syntheticbiology”（合成生物學）一詞。●在1980年第一次以“基因外科術：合成生物學的開始”為題出現在德文刊物上?！?000年以后，“合成生物學”一詞在學術刊物及互聯網上逐漸大量出現第三頁，編輯于星期五：十五點三十九分。NatureBiotechnology,27(12),2009

FocusonSyntheticBiologyThelatestiterationofgeneticengineeringofferstheprospectofthedesignandconstructionofnewlifeformsfrombiologicalparts,devicesandsystems.基因工程的最新研究成果提供了通過生物元件、裝置和系統設計和組裝新生命形式的前景第四頁，編輯于星期五：十五點三十九分。NatureReviews,10(6),2009第五頁，編輯于星期五：十五點三十九分。

●維基百科：合成生物學旨在設計和構建工程化的生物系統，使其能夠處理信息、操作化合物、制造材料、生產能源、提供食物、保持和增強人類的健康和改善我們的環境。

/wiki/Synthetic_biology

●

簡單地說，合成生物學是通過設計和構建自然界中不存在的人工生物系統來解決能源、材料、健康和環保等問題。

第六頁，編輯于星期五：十五點三十九分。合成生物學的定義SyntheticBiologyis：A)thedesignandconstructionofnewbiologicalparts,devices,andsystems,andB)there-designofexisting,naturalbiologicalsystemsforusefulpurposes.

/第七頁，編輯于星期五：十五點三十九分。1998200020022004200620082000400060008000100000204060801001200網絡信息期刊/專利數量Sciru網絡信息Scirus檢索專利Scopus檢索期刊Scirus檢索期刊合成生物學領域由Scirus搜索的學術論文數、專利數和網絡信息以及由Scopus搜索的學術論文數第八頁，編輯于星期五：十五點三十九分。 2004年被美國MIT出版的《TechnologyReview》評為將改變世界的10大新出現的技術之一(10EmergingTechnologiesThatWillChangeYourWorld)。 2009年中科院300多位專家經過一年多研究發布的《創新2050：科技革命與中國的未來》戰略研究系列報告中指出：“合成生物學”是可能出現革命性突破的4個基本科學問題之一。合成生物學的發展前景與基礎第九頁，編輯于星期五：十五點三十九分。DNA是生物的遺傳物質第十頁，編輯于星期五：十五點三十九分。于1990年正式啟動,于2003年4月14日完成了人類基因組全部序列測定人類基因組計劃第十一頁，編輯于星期五：十五點三十九分。ACGT第十二頁，編輯于星期五：十五點三十九分。為了整理和分析這些序列信息，誕生了一門新興的交叉學科—

生物信息學(Bioinformatics)

是合成生物學的學科基礎之一。它包含了生物信息的獲取、處理、存儲、分發、分析和解釋等在內的所有方面，它綜合運用數學、計算機科學和生物學的各種工具，來闡明和理解大量數據所包含的生物學意義。第十三頁，編輯于星期五：十五點三十九分。細胞:奇異絕妙的小工廠第十四頁，編輯于星期五：十五點三十九分。系統生物學研究細胞對外界環境變化或刺激在各個層次上如何做相應的變更,并建立數學模型對總體應答作出預測.基因組代謝物組蛋白質組轉錄物組基因組學Genomics代謝物組學Metabolomics蛋白質組學Proteomics轉錄物組學TranscriptomicsDNAmRNA蛋白質代謝物轉錄翻譯催化反應第十五頁，編輯于星期五：十五點三十九分。Systemsbiologyasafoundationforgenome-scalesyntheticbiologyChristianLBarrett,TaeYongKim,HyunUkKim,Bernhard?PalssonandSangYupLee,CurrentOpinioninBiotechnology2006,17:488–492系統生物學是在基因組層面上合成生物學的基礎第十六頁，編輯于星期五：十五點三十九分?；蚪M超大量的序列和結構數據

重大的生物技術數據積累引起的科學發現

－－第四次科學大發展第十七頁，編輯于星期五：十五點三十九分。合成生物學發生與發展的學科基礎數學物理學工程學生物學計算機科學化學信息學合成生物學生物質能生物醫學環境修復精細化學品食品原料生物材料生物傳感器生物計算機應用第十八頁，編輯于星期五：十五點三十九分。合成生物學的發展過程第十九頁，編輯于星期五：十五點三十九分。1979年H.G.Khorana合成了酪氨酸阻遏tRNA基因（207bp）；2002年紐約州立大學石溪分校魏瑪（E.Wimmer）小組用了3年的時間合成出了脊髓灰質炎病毒（Poliovirus）的全基因組，7500bp。2003年，J.C.Venter

研究小組用了14天時間從頭合成了噬菌體PhiX174（5386bp）基因組。2004年，人工合成了1918年造成全世界上千萬人死亡的“西班牙流感病毒”。2008年J.C.Venter小組又合成了Mycoplasmagenitalium生殖道支原體基因組（582790kb），這是迄今為止人類在合成生物過程中走得最遠的一步。J.C.Venter小組

的另外一項工作卻獲得了成功：不久前將關系較近的兩株支原體中一株的基因組用另外一株的基因組替換，結果仍能正?！肮ぷ鳌?。人工合成生物全基因組第二十頁，編輯于星期五：十五點三十九分。合成生物學的研究內容合成代謝網絡利用轉錄和翻譯控制單元調控酶的表達以合成或分解代謝物。主要以代謝物濃度作為控制元件的輸入信號。例如：利用釀酒酵母和大腸桿菌合成抗瘧疾藥物青蒿素的前體物質。遺傳/基因線路的設計與構建

1961年F.Jacob和J.Monod提出的乳糖操縱子模型第一次明確提出了基因表達的調控概念，被認為是分子生物學發展的第二個里程碑。細胞群體系統及多細胞系統研究基于細胞間交流的細胞群體系統及多細胞系統的開發，主要是研究細胞群體間的同步基因表達、信號交流、異步功能配合等。數學模擬和功能預測第二十一頁，編輯于星期五：十五點三十九分。二.合成生物學的研究方法

基因回路（GeneticCircuits）設計

第二十二頁，編輯于星期五：十五點三十九分。合成生物學領域三大目標：一、有別于以往拆解生命體的方式，它是通過合成來理解生命。二、將遺傳工程所使用的元件標準化，使其能與現有系統相結合，創造出更多、功能更復雜的系統。三、將電子工程領域的系統設計理論應用到生物系統，重組DNA基因工程，產生真正可由程序控制的生物，設計生物計算機。第二十三頁，編輯于星期五：十五點三十九分。基因回路設計流程建立DNA元件庫根據設計目標決定基因回路結構調用庫元件模型利用計算機仿真軟件確認輸出及功能正確？建立集成生物回路（IC）檢測基因回路性能穩定可靠？建立集成生物回路（IC）成功建立穩定可調控的基因回路第二十四頁，編輯于星期五：十五點三十九分?；蚧芈吩O計流程第二十五頁，編輯于星期五：十五點三十九分。特定的信使RNA（mRNA）的分子的濃度代表一個邏輯信號。左圖，輸入的mRNA是缺失，則細胞轉錄基因輸出mRNA。右圖，輸入的mRNA存在，細胞把此mRNA翻譯成輸入蛋白，此蛋白與基因上的啟動子相結合，阻止細胞合成mRNA輸出。生物化學反相器-非門（NOT）第二十六頁，編輯于星期五：十五點三十九分。利用原核生物基因調控模組模擬電子工程邏輯門。上方圖示列出調控啟動子活性的因子。RNAP：RNA聚合酶，TF：轉錄因子。(Silva-RochaanddeLorenzo,FEBSLetters582(2008)1237–1244)第二十七頁，編輯于星期五：十五點三十九分。Bio-Informatics要做的事LookingatlifeasaninformationsystemDNAasadatabase（數據庫）RNAasadecisionnetwork（決定網絡）ProteinsandgenesasruntimeDLLs（運行時間動態鏈接庫）ModelinggeneregulatorynetworksSimulatinglifeasacomputerprogramUsingsilicontovalidatebiologicalmodels第二十八頁，編輯于星期五：十五點三十九分。GoalofDigitalCells（數字細胞）SimulateaGeneRegulatoryNetworkGoalofe-cell,CellML,andSBMLprojectsTestmicroarraydataforbiologicalmodelRunexpressiondatathroughGRNfunctionsCreatebiologicalcellswithnewfunctionsSpliceinpromoterstocontrolexpression

Createoscillatingnetworksusingoperons拼接啟動子來控制表達利用操縱子創建振蕩網絡第二十九頁，編輯于星期五：十五點三十九分。DigitalCellComponents

數字細胞元件Bio-logicgatesInverters,oscillatorsCreatinggenomiccircuitryPromoters,operonsandgenesMultigenicoscillatingsolutionsRonWeissisthepioneerinthefield/~rweiss/

第三十頁，編輯于星期五：十五點三十九分。To電子回路的工程設計基礎第三十一頁，編輯于星期五：十五點三十九分?；蚧芈罚℅eneticCircuits）設計第三十二頁，編輯于星期五：十五點三十九分。編程并控制細胞行為的第一步是建立一個精心設計的元件庫，作為更復雜的生物系統的基石。在構建具有一定的遺傳功能的邏輯門時，與電子邏輯門的輸入和輸出的電信號（H/1或L/0）相對應的是特定DNA與蛋白質結合以及它們誘導物分子的濃度高（H，1）或低（L，0）。

建立在原核生物調控模式上的數字細胞元件（生物邏輯門）模型-基因回路元件設計第三十三頁，編輯于星期五：十五點三十九分。

在細胞內，這些分子與其它蛋白質相互作用，綁定特定的DNA結合位點，并最終調節其他蛋白表達。這些調控活動，可以用數字邏輯功能及模擬信號處理來實現。

任何基因轉錄翻譯成蛋白質的首要條件是：RNAp(RNApolymerase,RNA聚合酶)與基因上游區域的啟動子結合，啟動轉錄，隨后RNAp將基因轉錄為信使RNA(mRNA)，然后mRNA被翻譯成蛋白質。若RNAp不能與啟動子結合，后面的過程就不能進行。第三十四頁，編輯于星期五：十五點三十九分。1.非門或反相器（NOT）生物學過程：B阻遏因子，當它存在時，B搶占了RNAp與啟動子結合的位點。因此阻礙了基因P進行轉錄表達。電學過程：B為輸入信號，當其輸入量高時，輸出為低；反之亦然。輸入與輸出反相，也稱反相器。第三十五頁，編輯于星期五：十五點三十九分。1.非門或反相器（NOT）左圖表示當無mRNA輸入時，啟動子未被抑制時，基因轉錄出mRNA，有mRNA輸出；右圖表示當有mRNA輸入時，在細胞中轉錄成蛋白質，蛋白質與啟動子區域的基因結合，抑制了基因的表達，無mRNA輸出。此處輸入的mRNA的缺失或存在決定了下游mRNA是否輸出。第三十六頁，編輯于星期五：十五點三十九分。2.緩沖器門（AmplifierorBuffer）生物學過程：A為轉錄因子，可以調控基因P使其進行轉錄表達。電學過程：A為輸入信號，只有當其輸入量滿足能啟動基因P轉錄表達的閾值時，輸出信號才為高。A與P同相。第三十七頁，編輯于星期五：十五點三十九分。3.與門（AND）生物學過程：１）Ａ、Ｂ兩個均為轉錄因子２）Ａ為轉錄因子，Ｂ為激活因子；以上兩種情況都要求只有當Ａ、Ｂ都同時存在時，才能啟動基因P轉錄表達。第三十八頁，編輯于星期五：十五點三十九分。3.與門（AND）電學過程：Ａ、Ｂ為兩個不同的輸入信號，只有當ＡＢ的輸入量同時滿足能啟動基因P轉錄表達的閾值時，才會使輸出信號高表達（輸出信號表示基因Ｐ的表達量）。第三十九頁，編輯于星期五：十五點三十九分。3.與門（AND）已發現或證實的例子（參考文獻）：1）Tropel,D.andVanDerMeer,J.R.(2004)Bacterialtranscriptionalregulatorsfordegradationpathwaysofaromaticcompounds.Microbiol.Mol.Biol.Rev.68,474–500.2）Buchler,N.E.,Gerland,U.andHwa,T.(2003)Onschemesofcombinatorialtranscriptionlogic.Proc.Natl.Acad.Sci.USA100,5136–5141.第四十頁，編輯于星期五：十五點三十九分。4.或門（OR）生物學過程：Ａ和Ｂ都是基因Ｐ的轉錄因子，當Ａ和Ｂ其中一個存在時，或者兩者同時存在時都能啟動基因Ｐ轉錄表達。即僅當ＡＢ兩者都不存在時，轉錄才無法進行。第四十一頁，編輯于星期五：十五點三十九分。4.或門（OR）電學過程：Ａ和B是兩個不同的輸入信號，當A、B其中一個的輸入量滿足能啟動基因P轉錄表達的閾值時，或者兩者同時滿足所要求的閾值時，輸出信號表現為高表達。第四十二頁，編輯于星期五：十五點三十九分。4.或門（OR）已發現或證實的例子（參考文獻）：1）Buchler,N.E.,Gerland,U.andHwa,T.(2003)Onschemesofcombinatorialtranscriptionlogic.Proc.Natl.Acad.Sci.USA，100,5136–5141.2）Fernandez,S.,Shingler,V.andDeLorenzo,V.(1994)CrossregulationbyXylRandDmpRactivatorsofPseudomonasputidasuggeststhattranscriptionalcontrolofbiodegradativeoperonsevolvesindependentlyofcatabolicgenes.J.Bacteriol.176,5052–5058.第四十三頁，編輯于星期五：十五點三十九分。5.與非門（NAND）生物學過程：A與B都是抑制基因P轉錄表達的因子，稱為阻遏因子。僅當A與B同時存在時，基因P才不能正常的進行轉錄表達。因為此時A與B“搶占”了RNAp與啟動子的結合位點，阻礙了轉錄的啟動。第四十四頁，編輯于星期五：十五點三十九分。5.與非門（NAND）電學過程：A、B為兩個不同的輸入信號，僅當兩者的輸入量同時滿足能啟動基因P轉錄表達的閾值時，才使得輸出信號為低表達?？梢詫AND門電路拆分為AND和NOT的組合。第四十五頁，編輯于星期五：十五點三十九分。5.與非門（NAND）已發現或證實的例子（參考文獻）：1）Buchler,N.E.,Gerland,U.andHwa,T.(2003)Onschemesofcombinatorialtranscriptionlogic.Proc.Natl.Acad.Sci.USA，100,5136–51412）Escolar,L.,Perez-Martin,J.anddeLorenzo,V.(1999)Openingtheironbox:transcriptionalmetalloregulationbytheFurprotein.J.Bacteriol.181,6223–6229.3）Bertoni,G.,Marques,S.anddeLorenzo,V.(1998)Activationofthetoluene-responsiveregulatorXylRcausesatranscriptionalswitchbetweensigma-54andsigma-70promotersatthedivergentPr/PsregionoftheTOLplasmid.Mol.Microbiol.27,651–659.4）Bertoni,G.,Perez-Martin,J.anddeLorenzo,V.(1997)GeneticevidenceofseparaterepressorandactivatoractivitiesoftheXylRregulatoroftheTOLplasmid,pWW0,ofPseudomonasputida.Mol.Microbiol.23,1221–1227第四十六頁，編輯于星期五：十五點三十九分。6.非與門（ANDN）生物學過程：A為轉錄的激活因子，能使基因轉錄表達；B為阻遏因子，當Ｂ存在時，Ｂ就會搶占啟動子結合位點，使RNAp不能與啟動子結合，因此不能啟動基因Ｐ進行轉錄表達。因此只有當Ａ存在并且Ｂ不存在時，基因轉錄表達才能正常進行。第四十七頁，編輯于星期五：十五點三十九分。6.非與門（ANDN）電學過程：只有當信號Ａ滿足能啟動基因P轉錄表達的閾值（以下簡稱為“Ａ高表達”），并且信號Ｂ低于該閾值時（簡稱為“低表達”），輸出才會高表達。第四十八頁，編輯于星期五：十五點三十九分。6.非與門（ANDN）已發現或證實的例子（參考文獻）：Hermsen,R.,Tans,S.andtenWolde,P.R.(2006)Transcriptionalregulationbycompetingtranscriptionfactormodules.PLoSComput.Biol.2,e164.第四十九頁，編輯于星期五：十五點三十九分。7.或非門（NOR）生物學過程：Ａ、Ｂ均為阻礙轉錄表達的阻遏因子。兩者都阻礙了RNAp與啟動子的結合。因此，只有當兩者都不存在時，基因Ｐ的轉錄表達才能進行。第五十頁，編輯于星期五：十五點三十九分。7.或非門（NOR）電學過程：只有當信號Ａ與Ｂ都低表達時，輸出才會高表達。第五十一頁，編輯于星期五：十五點三十九分。8.非或門（ORN）生物學過程：B是阻遏因子，A是能夠降解B的蛋白質。當只有B存在時，B與啟動子結合，阻礙了RNAp與啟動子結合，因此使基因P不能正常進行轉錄表達。當A存在時，即使B也同時存在，但是A能降解B，使B的活性降低，使B不能與啟動子結合或結合性減弱，因此使基因P能進行轉錄表達。第五十二頁，編輯于星期五：十五點三十九分。8.非或門（ORN）電學過程：A與B都是入信號，當只有B高表達并且A低表達時，輸出為低。其余三種情況均為高表達。第五十三頁，編輯于星期五：十五點三十九分。8.非或門（ORN）已發現或證實的例子（參考文獻）：Erill,I.,Campoy,S.andBarbe,J.(2007)Aeonsofdistress:anevolutionaryperspectiveonthebacterialSOSresponse.FEMSMicrobiol.Rev.31,637–656.第五十四頁，編輯于星期五：十五點三十九分。9.異或門（XOR）生物學過程：基因P能沿著DNA從兩個方向進行轉錄表達。轉錄因子A使基因沿著左端進行轉錄表達，轉錄因子B使基因沿著右端進行轉錄表達。但是當兩者同時存在時，A會搶占B的RNAp與啟動子結合的位點（或者說是B會搶占A的RNAp與啟動子結合的位點），使得基因P不能沿著DNA進行轉錄。因此，當且僅當A、B其中一個存在時，基因P才能進行正常的轉錄表達。第五十五頁，編輯于星期五：十五點三十九分。9.異或門（XOR）電學過程：當且僅當輸入信號A、B其中一個存在，并且它的表達量高時，才能使輸出表達高。此時，我們可以將XOR門看成是兩個ANDN門的組合。第五十六頁，編輯于星期五：十五點三十九分。9.異或門（XOR）已發現或證實的例子（參考文獻）：Buchler,N.E.,Gerland,U.andHwa,T.(2003)Onschemesofcombinatorialtranscriptionlogic.Proc.Natl.Acad.Sci.USA100,5136–5141.第五十七頁，編輯于星期五：十五點三十九分。10.同或門（XNOR）生物學過程：基因P（P’）可以沿著DNA向著左右兩端進行轉錄表達。但是沿著P（左端）進行轉錄，啟動子的活性比較弱，需要ＡＢ兩個轉錄因子同時作用才可進行；沿著P’方向，轉錄因子則變成了阻礙RNAp與啟動子結合的阻遏因子，因此沿著P’方向，當Ａ或Ｂ兩者之一存在時，轉錄過程就會受到抑制。ａ）當兩者都不存在時，Ｐ受抑制，而P’沒受到阻礙，可以沿著P’方向進行轉錄，所以輸出為１。ｂ）當只有Ａ或Ｂ其中一個轉錄因子存在時，由于不滿足Ｐ方向條件（需要兩者同時存在），而此時這個轉錄因子阻礙了P’方向的ＲＮＡｐ與啟動子結合，使P’方向的轉錄也不能進行。所以輸出為０。ｃ）當Ａ與Ｂ同時存在時，雖然轉錄因子阻礙了P’方向的ＲＮＡｐ與啟動子結合，使P’方向的轉錄不能進行，但是此時滿足了沿著Ｐ方向進行轉錄的條件，所以輸出為１。第五十八頁，編輯于星期五：十五點三十九分。10.同或門（XNOR）電學過程：只有當Ａ、Ｂ兩個輸入信號同時高或者同時低時，輸出才為高；否則輸出為低?？梢钥醋鍪桥cXOR與NOT組成的XOR的相反過程。第五十九頁，編輯于星期五：十五點三十九分。10.同或門（XNOR）已發現或證實的例子（參考文獻）：１）Hermsen,R.,Tans,S.andtenWolde,P.R.(2006)Transcriptionalregulationbycompetingtranscriptionfactormodules.PLoSComput.Biol.2,e164２）Buchler,N.E.,Gerland,U.andHwa,T.(2003)Onschemesofcombinatorialtranscriptionlogic.Proc.Natl.Acad.Sci.USA100,5136–5141.第六十頁，編輯于星期五：十五點三十九分。11.觸發器生物學過程：觸發器是一個能保持雙穩態的合成基因網絡。觸發器包含兩個蛋白R1、R2，分別抑制啟動子P1、P2。兩個誘導劑I1、I2，分別能使抑制蛋白R1、R2無效化，導致P1、P2表達。相當于下面的回路包含兩個互聯的ORN門。第六十一頁，編輯于星期五：十五點三十九分。12.環形振蕩器環形振蕩器包含三個蛋白質和三個它們對應的啟動子，設定蛋白質Px抑制蛋白質Py的表達，而蛋白質Py抑制蛋白質Pz的表達，蛋白質Pz抑制蛋白質Px的表達。基因網絡配置對應一個環形振蕩器邏輯電路。第六十二頁，編輯于星期五：十五點三十九分。12.環形振蕩器在PLtetO-1啟動子的下游標放一個綠色熒光標記的蛋白以便顯示在任何特定細胞中cI的近似濃度。右圖顯示了在一個特定的細胞中熒光強度隨時間的變化，表現為振蕩，圖中的小條描繪細胞的分裂活動。其他細胞的振蕩行為差別很大。第六十三頁，編輯于星期五：十五點三十九分。三.基因回路的設計成果實例

第六十四頁，編輯于星期五：十五點三十九分。發表合成生物學較多的刊物及新創刊的刊物PNASNatureScienceMSB第六十五頁，編輯于星期五：十五點三十九分。Nature,2010由基因編碼“與非門”構成其他更復雜的邏輯門；基因編碼門間的化學連接。第六十六頁，編輯于星期五：十五點三十九分?；蚓幋a的“或非”門在大腸桿菌（E.Coli)中，2個串聯的啟動子作為輸入驅動阻遏子的轉錄。1個菌株形成1個或非門。群體感應分子（quorummolecules）AHL（

Acylhomo-serinelactone）可以形成門間的連線。由多個或非門間的相互連接組成各種復雜的邏輯門。第六十七頁，編輯于星期五：十五點三十九分。基因編碼的“或非”門PBAD、PTet分別由arabinose(Ara)和anhydrotetracycline(aTc)激活。它門作為或非門的2個輸入啟動子。YFP（YellowFluorescentProtein，黃色熒光蛋白）作為輸出基因。流式細胞儀（flowcytometry）測量結果或門CI阻遏基因或非門55E-15E-25E-35E-40第六十八頁，編輯于星期五：十五點三十九分。其他輸入信號：3OC12-HSL激活的PLas啟動子也可作為輸入。PBAD、PTetPBAD、PLasPTet、PLas第六十九頁，編輯于星期五：十五點三十九分。第七十頁，編輯于星期五：十五點三十九分。不同邏輯門的構成第七十一頁，編輯于星期五：十五點三十九分。不同邏輯門的構成第七十二頁，編輯于星期五：十五點三十九分。第七十三頁，編輯于星期五：十五點三十九分。第七十四頁，編輯于星期五：十五點三十九分。GeneRegulatoryNetwork

基因調控網絡第七十五頁，編輯于星期五：十五點三十九分。BasicGRNCircuitFlowGrossanatomyofaminimalgeneregulatorynetwork(GRN)embeddedinaregulatorynetwork.Aregulatorynetworkcanbeviewedasacellularinput-outputdevice.

/

第七十六頁，編輯于星期五：十五點三十九分。/Generegulatorynetworks‘interface’withcellularprocesses第七十七頁，編輯于星期五：十五點三十九分。第七十八頁，編輯于星期五：十五點三十九分。合成生物學應用BioEnergy.Cellsarebeingengineeredtoconsumeagriculturalproductsandproduceliquidfuels.BritishPetroleumandtheUSDOEgranted$650milliondollarsforresearchintheSanFranciscoBayArea.DrugProduction.Bacteriaandyeastcanbere-engineeredforthelowcostproductionofdrugs.Examplesincludetheanti-malarialdrugArtemisininandthecholesterol-loweringdrug（降膽固醇藥）.Materials.Recombinantcellshavebeenconstructedthatcanbuildchemicalprecursorsfortheproductionofplasticsandtextiles,suchasBio-PDO（1，3－丙二醇）andspidersilk（蛛絲）.Medicine.Cellsarebeingprogrammedfortherapeuticpurposes.BacteriaandT-cellscanberewiredtocirculateinthebodyandidentifyandtreatdiseasedcellsandtissues.第七十九頁，編輯于星期五：十五點三十九分。（1）美國UCB化學工程系教授、勞倫斯國家實驗室合成生物學中心主任Keasling本科曾獲得化學與生物學雙學位，后來又獲得化學工程博士學位。所以在他從事代謝工程及合成生物學的研究中能很好地將化學、生物學、化學工程學相結合。在他從事抗瘧疾藥的生物合成研究中，始終把細胞當作微生物制藥工廠（Microbialdrugfactories），進行設計、加工、集成、組裝、控制。體現在合成生物學技術上包括DNA的合成、來自細菌、酵母及植物（青蒿Artemisiaannua）等多種基因及代謝途徑的組裝、多基因的精密調控等。他們關于抗瘧疾藥物生物合成的研究成果先后發表在2003年NatureBiotechnology和2006年的Nature上。合成生物學研究舉例第八十頁，編輯于星期五：十五點三十九分。Keasling實驗室

ResearchInterests:代謝工程，系統生物學，合成生物學SyntheticBiologyforSyntheticChemistryACSChemicalBiology,2008,3:64-76（合成生物學－合成化學－青蒿素合成舉例）ImportanceofsystemsbiologyinengineeringmicrobesforbiofuelproductionCurrentOpinioninBiotechnology2008,19:228–234（系統生物學－生物燃料生產）Metabolicengineeringofmicroorganismsforbiofuelsproduction:frombugstosyntheticbiologytofuels（代謝工程：微生物－合成生物學－生物燃料）

CurrentOpinioninBiotechnology2008,19:inpress

第八十一頁，編輯于星期五：十五點三十九分。Theprocessforthemicrobialproductionofartemisinin.Usingsyntheticbiology

用合成生物學生產抗瘧疾藥青蒿素第八十二頁，編輯于星期五：十五點三十九分。第八十三頁，編輯于星期五：十五點三十九分。ChristinaD.SmolkeDivisionofChemistryandChemicalEngineeringCaliforniaInstituteofTechnologyFoundationaladvancesinRNAengineeringappliedtocontrolofbiosynthesis第八十四頁，編輯于星期五：十五點三十九分。ASyntheticGene-MetabolicOscillator

Fung,E.,Wong,W.W.,Suen,J.K.,Bulter,T.,Lee,S.G.andLiao,J.C.(2005)Nature,435,118-122.

wedesignedandconstructedasyntheticcircuitinEscherichiacoliK12,usingglycolyticfluxtogenerateoscillationthroughthesignallingmetaboliteacetylphosphate.Iftwometabolitepoolsareinterconvertedbytwoenzymesthatareplacedunderthetranscriptionalcontrolofacetylphosphate,thesystemoscillateswhentheglycolyticrateexceedsacriticalvalue.Weusedbifurcationanalysistoidentifytheboundariesofoscillation,andverifiedtheseexperimentally.Thisworkdemonstratesthepossibilityofusingmetabolicfluxasacontrolfactorinsystem-wideoscillation,aswellasthepredictabilityofadenovogene–metaboliccircuitdesignedusingnonlineardynamicanalysis.第八十五頁，編輯于星期五：十五點三十九分。ResistancetoDiet-InducedObesityinMicewithSyntheticGlyoxylateShunt

CellMetabolism,9：525-536,2009UCLA(加州大學洛杉磯分校)的化學與生物分子工程學教授廖俊智（JamesLiao）借鑒了合成生物學的的研究策略，發現了一項新的、具有煽動效應的研究結果。他們將細菌和植物中燃燒脂肪的途徑植入老鼠的體內。這種基因改變能使動物將脂肪轉化成二氧化碳，并且在食用同樣的快餐食譜的情況下保持苗條。波士頓大學的合成生物學家詹姆斯?考林斯（JamesCollins）說：“這項研究令我著迷的地方在于，我們可以以一種全新的方法、用合成生物學的方法治療人類疾病?！碑斍暗幕蚧虻鞍字委煼桨钢饕杏趩蝹€分子，比如說替換一個缺失的分子，如胰島素，或者在癌癥中抑制一個有害蛋白的表達。換個思路，考林斯認為，科學家們可以試著考慮利用工程學的方法，使身體具有原先不具備的功能。第八十六頁，編輯于星期五：十五點三十九分。國際遺傳機器大賽（internationalGeneticallyEngineeredMachineCompetition，

iGEM）AssemblingBuildingBlocksforNovelFunctionsDNA元件庫生物系統基因機器構建組裝Synthesis!第八十七頁，編輯于星期五：十五點三十九分。第八十八頁，編輯于星期五：十五點三十九分。DNA2.0DNA2.0Inc.

isaleadingproviderforsyntheticbiology.WithourgenesynthesisprocessyoucangetsyntheticDNAthatconformsexactlytoyourneeds,quicklyandcosteffectively.Applicationsofcustomgenesynthesisincludecodonoptimizationforincreasedproteinexpression,syntheticbiology,genevariants,RNAitrans-complementationandmuchmore.

第八十九頁，編輯于星期五：十五點三十九分。Information

vs.

ProcessingJustasinacomputer,databitsandprocessingbitsaremadefromthesamematerial,0or1,orA,T,C,G,orUinbiology第九十頁，編輯于星期五：十五點三十九分。NatureasaComputerBiologicalsystemslikeDNAandRNAespeciallyappeartobemorethannetworksofinformation.RNAitselfcanbeseenasamoleculardecisionnetwork第九十一頁，編輯于星期五：十五點三十九分。E-CellE-CellSystemisanobject-orientedsoftwaresuiteformodeling,simulation,andanalysisoflargescalecomplexsystems

suchasbiologicalcells.Version3allowsmanycomponentsdrivenbymultiplealgorithmswithdifferenttimescalestocoexist

第九十二頁，編輯于星期五：十五點三十九分。ComputerModelingMetabolicPathwaysBioCyc–collectionoforganismspecificmetabolicpathwaydatabasescellMLisanXMLbasedformatforexchangingbiologicaldatafromgenestoproteinstometabolism第九十三頁，編輯于星期五：十五點三十九分。DigitalCellsMeet

SyntheticBiologyModelthecircuitValidatethecircuitTinkerwiththecircuitThen…AlterthegenetobuildanewproteinSNPswillgiveyoua‘firstapproach’Seeifthenewproteinis‘welltolerated’第九十四頁，編輯于星期五：十五點三十九分。GeneTherapyGenetherapyusinganAdenovirusvector.Anewgeneisinsertedintoanadenovirusvector,whichisusedtointroducethemodifiedDNAintoahumancell.Ifthetreatmentissuccessful,thenewgenewillmakeafunctionalprotein./wiki/Gene_therapy

第九十五頁，編輯于星期五：十五點三十九分。DNAVaccinesTheultimatemethodtotraintheimmunesystemagainstamultitudeofthreatsInjectaknownsequenceofDNATrickthecellintoexpressingit,thenseeingitasanantigentowardagainst.Usedtofightcancer.第九十六頁，編輯于星期五：十五點三十九分。AnimalModelSystemsMicemakeperfectmodels–astheyare:Cheap(reasonably)Fast/easygrowingVery‘inbred’MouseDNAarraysandthemousegenomeare