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内容简介

　　《合成生物学导论》共分5章。第1章介绍合成生物学的基本概念和内容，使读者对合成生物学有一个全面的了解。第2章和第3章介绍合成生物学设计和分析的基本方法、合成生物学的层次化结构和概念及合成生物学中的常用算法。第4章和第5章介绍合成生物学在基础和实际应用方面的研究内容、成果和进展，包括经典的双稳态开关、大肠杆菌成像系统、微生物计算机、合成青蒿酸的微生物工厂等。
　　合成生物学是21世纪的新兴交叉科学，强调“设计”和“重设计”，其目的是通过人工设计和构建自然界中不存在的生物系统来解决能源、材料、健康和环保等问题。合成生物学的发展要以生物学、化学、物理学、数学、信息科学、工程科学、计算机科学等相关学科的发展为基础。
　　《合成生物学导论》可作为具有一定生物学基础的本科生和研究生教材，也可作为相关领域的学者和研究人员的参考书。

目录

序一
序二
前言
专有名词英汉对照表

第一章 绪论
第一部分 合成生物学概述
1．1 合成生物学的诞生
1．2 合成生物学的定义
1．3 合成生物学的研究内容
1．3．1 生物大分子的合成与模块化
1．3．2 生物基因组的合成、简化与重构
1．3．3 合成代谢网络
1．3．4 遗传／基因线路的设计与构建
1．3．5 细胞群体系统及多细胞系统研究
1．3．6 数学模拟和功能预测
1．4 合成生物学的意义
1．4．1 加速合成生物系统工程化的进程
1．4．2 验证和深化对于生物现象的理解，
1．5 合成生物学的工程本质
1．6 合成生物学与相关生物学科
1．6．1 与遗传工程的关系
1．6．2 与分子生物学和细胞生物学的关系
1．6．3 与系统生物学和功能基因组学的关系
1．6．4 与生物信息学的关系
1．7 合成生物学国际会议及国际遗传机器大赛
1．7．1 合成生物学国际会议（SyntheticBiologyx）
1．7．2 国际遗传机器大赛
第二部分 合成生物学引发的思考
1．8 人类千造物主
1．8．1 道德规范
1．8．2 对环境无控制地排放
1．8．3 生物武器的滥用
1．8．4 对生物的专利与垄断
1．8．5 创造人工生命？
1．8．6 究竟该如何应对？

第2章 合成生物系统的设计
第一部分 合成生物系统的模块化与层次化结构
2．1 合成生物学的模块化设计
2．1．1 模块设计的三个特征因素
2．1．2 细胞本底环境对模块化设计的影响
2．1．3 无细胞合成生物系统
2．2 标准化生物模块——生物积块
2．2．1 BioBrick命名规则
2．2．2 BioBrick的连接
2．3 标准定量机制
2．3．1 PoPS
2．3．2 RIPS
2．4 生物系统的层次化结构
2．4．1 生物部件“Pan”
2．4．2 生物装置“Device”
2．4．3 生物系统“System”
2．4．4 细胞群体系统及多细胞系统
第二部分 合成生物系统的逻辑拓扑结构
2．5 串联
2．6 单输入
2．7 多输入
2．8 反馈
2．9 前馈

第3章 合成生物系统的数学模拟与性能分析
第一部分 生物系统的数学模拟
3．1 常微分方程
3．1．1 质量作用定律
3．1．2 米氏方程
3．1．3 希尔方程
3．2 Logistic模型
3．2．1 单种群细胞自由生长的Logistic模型
3．2．2 两种细胞自由生长的Logistic模型
3．3 主方程
3．4 随机微分方程
3．5 模式识别
3．5．1 聚类分析
3．5．2 分类分析
3．6 小结
第二部分 合成生物系统性能分析
3．7 常用性能指标
3．7．1 稳定性
3．7．2 鲁棒性
3．7．3 响应快速性
3．8 稳定性分析
3．9 鲁棒性分析／敏感性分析
3．10 提高系统稳定性和鲁棒性的机制
3．10．1 冗余
3．10．2 反馈控制
3．10．3 特异性和保真度

第4章 合成生物学的基础研究
第一部分 模拟逻辑功能的基础研究
4．1 逻辑门功能遗传线路
4．2 基因调控开关
4．2．1 转换开关
4．2．2 双相开关
4．2．3 Riboswitch
4．2．4 双稳态开关
4．3 ReprCSSilator
4．4 细胞群体系统脉冲发生器
第二部分 其他方面的合成生物学基础研究
4．5 控制群体数量的基因线路
4．6 人工细胞群体图案系统
4．7 人工转录级联线路
4．8 工程化的支架蛋白
4．9 重构T7噬菌体基因组

第5章 合成生物学的应用研究
5．1 合成生物学应用于维护人类健康
5．1．1 环境控制的大肠杆菌对癌细胞的侵入系统
5．1．2 合成青蒿素的微生物工厂
5．2 合成生物学应用于生产生物能源利用工程化的大肠杆菌非发酵代谢途径生物合成高级醇
5．3 合成生物学应用于环境治理砷离子的检测
5．4 合成生物学应用于其他方面
5．4．1 大肠杆菌成像系统
5．4．2 微生物计算系统
参考文献
主要网站

附录A 名词解释
附录B iGEM参赛项目选介
1．幽门螺杆菌疫苗
2．艾滋病的治疗
3．芳香烃类污染物的检测
4．丁醇的生物合成
5．基因反馈调节治疗脓毒症
6．大肠杆菌香味剂
名词索引
人名索引

精彩书摘

　　《合成生物学导论》：
　　（2）人工改造蝙蝠冠状病毒。生物信息学的分析表明，21世纪初SARS（severeacquired respiratory syndrome）传染病来源于一种蝙蝠冠状病毒。蝙蝠冠状病毒一般不能在细胞培养物和实验室动物之中繁殖，因此M.M.Becker等用合成生物学方法使蝙蝠病毒刺突蛋白的针结构域与感染人类的SARS病毒相应蛋白的外结构域互换，使这种工程化病毒能够在鼠科和灵长类动物细胞中复制，为SARS病毒的研究开发了通用平台，从而帮助人们了解动物源性病毒怎样获得感染人类的向性（亲和性），促进对SARS病毒变异的研究和预防。
　　·在发现新药方面
　　（1）利用合成基因线路筛选提高抗结核药物活性的小分子。W.Weber等在人类的胚肾细胞中植入了一个基于EthR的合成基因线路，通过此基因线路筛选了能够关闭结核分枝杆菌（Mycobacterium tuherculosis）对抗生素乙硫异烟胺（ethionamide，ETH）抗性的小分子。ETH是一种重要的抗结核药物，常用于感染具有多种耐药抗性结核分枝杆菌患者的治疗，但ETH需要被分枝杆菌酶激活后才能发挥抗生素活性。结核分枝杆菌中的ethA基因编码的单加氧酶EthA能够催化ETH的活性。然而，由EthA在转录水平被TetR／CamR类阻遏蛋白EthR所抑制，因此这种激活常常效率很低。为了筛选能够穿过细胞膜到达细胞内的病原体使EthR失活且对哺乳动物细胞没有毒性的复合物，W.Weber等将EthR与VP16转录反激活因子（transactivator）融合成为一个新的转录因子，使其能够与EthR专一的操纵子OethR结合激活下游哺乳动物启动子并表达报告基因。W.Weber等利用此种方法对一个合成化合物库进行筛选，发现几种复合物能抑制EthR活性，并最终发现小分子酯类2—丁酸苯乙酯（2—phenylethyl—butyrate）满足上面的所有要求且能激活结核分枝杆菌中EthA的表达，使病原体对抗生素ETH更加敏感。这一发现为抗结核病的新药发现提供了崭新思路。
　　……

前言/序言

　　合成生物学是21世纪初出现的一门新兴交叉学科，在这里，生物学、工程学和数学紧密地结合在一起。合成生物学的出现是分子生物学经历了半个多世纪的发展，特别是人类基因组和模式生物基因组计划实施以来，伴随着生物信息学和系统生物学迅速发展的一个合乎逻辑的结果。在人类深入认识生命现象的基础上，合成生物学旨在设计和构建工程化的生物系统，使其能够处理信息、操作化合物、制造材料、生产能源、提供食物、保持和增强人类的健康和改善我们的环境。因此，合成生物学既是一门科学，也是一门技术，它是继遗传工程之后出现的新一代生物技术，代表了生物技术发展的一个新的制高点。2004年美国麻省理工学院主办的世界著名科技杂志Technolog Review，曾将合成生物学列为将改变世界的十大新出现技术之一。在2008年以合成生物学为主题的第322次香山科学会议上，与会专家一致肯定了合成生物学对我国未来国民经济发展的重大意义。
　　无论是我国制定的中长期科技发展规划，或者是国务院颁发的《促进生物产业加快发展的若干政策》，都对生物技术给予极为充分的重视。在中国科学院最近出版的《创新2050：科学技术与中国的未来》系列丛书之一——《科技革命与中国的现代化——关于中国面向2050年科技发展战略的思考》一书中，将人造生命和合成生物学列为22个战略性科技问题之一；同时又将人造生命和合成生物学预测为“可能出现革命性突破的4个基本科学问题”之一。
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