合成生物学PDF电子书下载

查看更多关于的内容

第1章 合成生物学概述 1

1.1合成生物学的起源与发展 2

1.1.1合成生物学的诞生与历史 2

1.1.2发展中的重要科学发现和重要节点 3

1.1.3合成生物学的定义与研究策略 3

1.1.4合成生物学的发展趋势预测 3

1.2合成生物学的产生过程 5

1.2.1与遗传学和分子生物学的交叉 5

1.2.2与系统生物学和生物信息学的交叉 5

1.2.3与基因工程和代谢工程的交叉 6

1.3合成生物学的工程化特质与研究范畴 8

1.3.1合成生物学的工程化特质 8

1.3.2合成生物学的研究范畴 9

参考文献 12

第2章 合成生物学原理 14

2.1合成生物学解析的思路 14

2.1.1生物系统的解耦 15

2.1.2生物系统的抽提 15

2.1.3生物系统的标准化 15

2.2生物积块的标准化及定量化 16

2.2.1生物积块的通用符号和功能描述 17

2.2.2生物积块的标准连接方法 17

2.2.3生物积块标准的定量机制 18

2.3合成生物系统的层级化结构 20

2.3.1生物元件 20

2.3.2生物装置 21

2.3.3生物系统 22

2.3.4多细胞交互与群体感应 23

2.4合成生物系统的逻辑结构 24

2.4.1合成生物系统的基本逻辑结构 25

2.4.2合成生物系统的组合逻辑结构 30

2.4.3合成生物系统逻辑结构分析的重要性 31

2.5合成生物系统定量研究方法 32

2.5.1合成生物学设计方法概述 32

2.5.2合成生物学计算模型概述 33

2.6合成生物系统的设计原理与简约性 36

2.6.1合成生物系统的设计原理 36

2.6.2合成生物系统的简约性 38

2.7合成新反应与网络的设计原理 39

2.7.1合成基因网络的工程化设计原理 39

2.7.2新反应途径的开发 40

2.7.3定向进化基因网络设计原理 40

2.7.4组合同源代谢网络 41

2.7.5组合异源代谢网络 43

参考文献 43

第3章 合成生物系统的基因线路 47

3.1基因线路概述 48

3.1.1基因线路的起源 48

3.1.2基因线路的类型 49

3.2基因线路调控元件 49

3.2.1启动子 49

3.2.2终止子 50

3.2.3弱化子 51

3.2.4增强子 52

3.2.5阻遏子 53

3.2.6绝缘子 54

3.2.7核糖体结合位点 54

3.2.8转录因子 55

3.3逻辑门基因线路 55

3.3.1“与”门基因线路 56

3.3.2“或”门基因线路 56

3.3.3“非”门基因线路 57

3.3.4“与非”门基因线路 57

3.3.5“或非”门基因线路 58

3.4开关基因线路 59

3.4.1转换开关 59

3.4.2双相开关 59

3.4.3核糖开关 60

3.4.4 RNA开关 60

3.4.5双稳态开关 61

3.5基因线路调控方式 62

3.5.1基因线路纠错 62

3.5.2基因线路放大 63

3.6基因线路实例 63

3.6.1振荡器与生物节律 63

3.6.2细胞记忆基因线路 64

3.6.3光控开关与生物成像 64

参考文献 65

第4章 合成生物系统的设计与组装 68

4.1合成生物系统的设计 70

4.1.1合成生物系统底盘细胞的选择 70

4.1.2合成生物系统所需元件和途径挖掘 72

4.1.3合成生物系统的计算机辅助设计与分析 74

4.2合成生物系统的组装与构建 75

4.2.1转录单元的合成组装 75

4.2.2多基因代谢途径的构建 77

4.2.3染色体和基因组的组装 77

4.2.4合成生物系统的构建 80

4.3合成生物系统的优化 82

4.3.1单一基因的优化 82

4.3.2多基因途径的组合优化 85

4.3.3基因组简化和重构 86

4.4合成生物系统的分析与筛选 87

4.4.1合成生物系统分析技术 88

4.4.2合成生物系统筛选技术 90

4.5“设计-构建-检验-重设计”的特征循环 93

4.5.1功能模块与底盘适配性分析与评价 94

4.5.2人工体系运行效率的最优化 95

4.5.3快速检测技术对合成生物系统重设计的影响 95

4.5.4合成生物系统的系统性进化 96

4.6合成生物系统中的细菌间相互作用 97

4.6.1典型的群体感应系统 98

4.6.2混菌系统（群体感应）在合成生物学中的应用 100

参考文献 105

第5章 合成生物系统的调控与优化 108

5.1合成生物系统的单点调控与优化 109

5.1.1合成生物系统在DNA水平的调控与优化 109

5.1.2合成生物系统在RNA水平的调控与优化 110

5.1.3合成生物系统在蛋白质水平的调控与优化 113

5.1.4合成生物系统在XNA以及XNAzymes的调控与优化 116

5.1.5合成生物系统的全局调控与优化 118

5.2合成生物系统在基因组水平的全局调控与优化 119

5.2.1传统的基因打靶技术 119

5.2.2 Fok I介导的合成生物系统基因组编辑技术（ZFN与TALEN） 120

5.2.3 CRISPR-Cas9系统介导的合成生物系统基因组编辑技术 122

5.2.4基因组大片段的插入、删除和剪切-粘贴 127

5.2.5宏基因组学和比较基因组学 127

5.2.6总结与展望 128

5.3合成生物系统的理性调节与随机调节 128

5.3.1合成生物系统在转录组学和蛋白质组学水平的调控 129

5.3.2合成生物系统在代谢组学水平的调控 134

5.3.3合成生物系统在功能基因组学水平的调控 137

5.3.4组学的未来 139

参考文献 140

第6章 无细胞合成生物系统 143

6.1无细胞合成生物学理念与设计原理 144

6.1.1直接体系控制 145

6.1.2原位检测和产品获取 146

6.1.3加速“设计-构建-测试”周期 147

6.1.4毒性物质忍耐性 148

6.1.5扩展生命化学 148

6.1.6经济性 148

6.1.7效率 148

6.2无细胞合成生物系统的分类 148

6.2.1基于细胞提取物体系 149

6.2.2纯化体系 150

6.2.3多酶体系 151

6.3无细胞合成生物系统的工程改造 151

6.3.1系统优化 151

6.3.2基因模板 152

6.3.3蛋白质合成 153

6.3.4小分子合成 156

6.3.5人工细胞 157

6.4无细胞合成生物系统的工程应用 158

6.4.1结构生物学 158

6.4.2高通量筛选 159

6.4.3生物医药 159

6.4.4生物催化 161

6.4.5疾病诊断 161

参考文献 162

第7章 合成生物学建模与计算机辅助工具 167

7.1概述 168

7.1.1合成生物学建模目的及模型特点 168

7.1.2计算机技术对于合成生物学研究的重要性 169

7.2合成生物系统数学建模的基本分析方法 171

7.2.1合成生物系统建模的基本分析流程 171

7.2.2模型拓扑结构的分析与确定 172

7.2.3模型动力学参数的确定 175

7.3合成生物系统数学模型的分析与评价 177

7.3.1稳定性分析与评价 177

7.3.2鲁棒性和敏感性分析 179

7.4合成生物系统的基本数学模型 181

7.4.1基本蛋白质表达模型 181

7.4.2逻辑门模型 182

7.4.3双稳态开关模型 185

7.4.4振荡器模型 186

7.4.5群体感应线路模型 187

7.5合成生物系统在大数据时代的文库构建与建模 189

7.5.1合成生物学模型与文库在大数据时代的特点 189

7.5.2大数据时代下合成生物系统建模与文库构建的挑战和问题 190

7.5.3合成生物系统建模在大数据时代的发展方向 191

7.6计算机技术在合成生物学研究中的运用 192

7.6.1生物小分子的计算机辅助设计与改造 192

7.6.2基因线路的计算机辅助设计与分析 194

7.6.3合成路径和反应过程的计算机辅助设计 195

参考文献 197

第8章 合成生物学的应用 200

8.1绿色化工方面的应用 201

8.1.1化学品的绿色制造 201

8.1.2生物能源的绿色制造 210

8.2环境治理方面的应用 216

8.3医药方面的应用 218

8.3.1传染疾病的防治 218

8.3.2癌症及其他疾病的治疗 220

8.3.3药物筛选 222

8.3.4生物医药的先进制造 224

8.4抗逆性改造方面的应用 227

8.4.1抗发酵抑制物 227

8.4.2抗毒性中间产物 228

8.4.3抗毒性终产物 229

8.5其他方面的应用 229

8.5.1解释生物图案形成机理 229

8.5.2构建大肠杆菌条件反射回路 230

参考文献 232

第9章 合成生物学引发的新浪潮与颠覆 235

9.1合成生物学的全球战略地位和经济效益 236

9.1.1全球布局 236

9.1.2各国战略投资分析 236

9.1.3军事领域的应用 241

9.1.4民用市场前景分析 242

9.2合成生物学作为颠覆性新兴技术的优势 244

9.2.1与传统农业、发酵产业的比较 244

9.2.2颠覆性技术和手段 245

9.2.3可持续性和潜力 246

9.3国际主要合成生物学研究中心与热点 247

9.3.1全球公立研发中心布局 247

9.3.2全球私立研发中心布局 247

9.3.3全球研究热点 247

9.3.4研究前景与展望 247

9.4合成生物学的安全与伦理探讨及策略 248

9.4.1面临的伦理争议 248

9.4.2伦理研究的意义 249

9.4.3伦理研究的指导意义 249

9.4.4伦理相关政策的完善 249

参考文献 251

附录 252

附录一 合成生物学专有名词英汉对照 252

附录二 国内外重要合成生物学会议及科学家简介 257

附录三 iGEM大赛以及优秀作品简介 262

附录四 经典的合成生物学技术 270

附录五 主要的合成生物学网站和资源 271

查看更多关于的内容