工程微生物与合成生物学框架

工程微生物与合成生物学框架 一组：董翠玲学号：10808078

目录 • 背景 • 定义 • 技术基础与研究方法 • 国际会议、iGEM及学术刊物 • 应用 • 前景展望 • 生物安全、伦理道德及知识产权

背景将改变世界的10大新出现的技术之一 ——美国MIT出版的Technology Review，2004 “合成生物学”的论文、专利及网络信息增长情况（Scirus & Scopus搜索）合成生物学飞速发展的趋势

什么是合成生物学——不断发展的定义 • 新的生物零件、装置和系统的设计与建造 • 对现有的、天然的生物系统的重新设计目标：创造可预知的、可再生的、功能明确的生物“机器”有机体，服务人类社会

与传统基因工程的不同 ——特定的输入，精确而特定的输出

发展的技术基础 • 基因组测序 • DNA从头合成 DNA合成与测序技术的发展及其与半导体芯片技术的比较

研究方法 • 合成生物学的工程本质 • 借鉴化学工程及电子工程的研究方法、基本技术与工具 • 核心观念：生命的所有零件都能由化学合成而制造，进而通过工程化并组装成使用的生物组织合成生物学研究框架

国际会议、iGEM及学术刊物的创刊 • 合成生物学国际会议美国MIT、美国UCB、瑞士ETH、中国香港 • 国际基因工程机器大赛（iGEM）清华大学、北京大学、天津大学、中国科技大学 • 学术刊物《Systems and Synthetic Biology》&《IET Synthetic Biology》

合成生物学框架应用 • DNA的拆分、构建和重排 • 基于RNA工程化的控制系统 • 酶模块的工程化 • 细菌系统的重新设计

DNA的拆分、构建和重排 • 开发模块化质粒载体实现迅速的装配插入的DNA • 通过删除“非必须”基因序列，开发服合生命标准的DNA零件 • 用化学法从头合成完整的基因组代替天然的微生物基因组 • 通过DNA序列修饰做到精确调控基因表达

开发模块化质粒载体实现迅速的装配插入的DNA XbaⅠ：TCTAGA SpeⅠ：ACTAGT

基于RNA工程化的控制系统 • 反义RNA、小干扰RNA、mi-RNA、核糖体开关 • 通过RNA控制系统，有可能构建一种基于特定配基而精确控制目的基因表达的装置。这种装置可根据胞内代谢调整编程，从而能够控制生物合成途径中特定基因的表达。

利用核糖体开关做逻辑运算，进行“开”、“关”选择利用核糖体开关做逻辑运算，进行“开”、“关”选择

酶模块的工程化 • 创造出能够催化任意底物转变成任意产物的酶，是合成生物学的主要目标之一。 • 新型酶的产生可被用于微生物体内的从头合成途径，并能够合成任何类似有机合成的化学品。 • 对天然蛋白的修饰，也可产生标准化的酶模块，这些酶模块可以催化表达生物体内的稀有蛋白。 • 随着结构生物学、生物材料和计算机设计的发展，有可能开发标准方法去构建具有新功能的基于模块化方法的酶。

细菌系统的重新设计 • 合成生物学也致力于开发细菌系统稳定性的标准框架，并创造非天然细菌系统。 • 合成调节系统的开发主要包括调节元件的系统调整（像阻遏蛋白和启动子），去创造人工的输入-输出反应。

前景展望 重组DNA技术的发展及合成生物学发展的预测在未来几年，合成生物学技术将会比重组DNA技术发展更快。

前景展望 • 在能源、化学品、材料、疫苗等医药领域得到广泛应用, 具有巨大的社会效益及经济效益。 • 在对人类认识生命、揭示生命的奥秘、重新设计及改造生命等方面具有重大的科学意义。

生物安全、伦理道德及知识产权 • 合成生物学的研究比当前的转基因技术、基因工程等更为前卫, 产生的社会效益与风险也是一把双刃剑, 弄不好就会产生负面影响。 • 我们必须早做准备, 在生物安全、伦理、知识产权等方面从一开始就要建立必要的法规和制度, 以保证具有重要科学意义及应用价值的合成生物学健康快速发展。

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工程微生物与 合成生物学框架