面向合成生物学的机器学习方法及应用

机器学习的目标是设计可以根据先验知识和观测数据不断改进其性能的算法.该算法可以帮助机器从大量的数据中提取知识,从而提升其在特定任务上的性能.作为数据驱动的方法,机器学习可以有效利用高通量实验技术产生的大批量生物数据,实现合成生物体的功能预测与智能化设计,改变合成生物学的研究范式.本文首先介绍机器学习在合成生物学领域广泛...     

从首个合成细胞看合成生物学的现状与发展

合成生物学是一门新兴交叉学科,诞生至今已在医药、能源、环境、农业等多个领域展现出巨大的应用前景和发展潜力,对探索生命起源与进化等生物学基本问题亦发挥重要作用.随着2010年5月首个合成细胞的诞生,合成生物学再次引起了社会各界的高度关注和广泛讨论.欧美等国已在合成生物学领域开展多项研究并已取得诸多成果.为了推动和促进这一新兴学科在中国的发展,本文在阐明合成生物学概念及研究内容的基础上,一方面综述了合成生物学的研究现状及国内外发展,分析了合成生物学所面临的机遇与挑战;另一方面,对合成生物学未来的发展,尤其是在中国的发展作出展望.     

合成生物学在医学中的应用

合成生物学是21世纪初出现的一门重要前沿交叉科学。在医学领域中,对利用合成的生物学回路来弥补功能异常以达到治疗目的,有越来越多的探讨,正促使医学合成生物学诞生。合成生物学(synthetic biology)是2000年出现的一门融汇生物学、工程学、化学和信息学等学科而成的交叉科学。目前对合成生物学的定义还存在不同认识,较普遍接受的观念是:①为了应用目的,重新设计现存的自然生物学系统;②设计和建造全新的生物学元件、回路和系统。从这样的观念出发,合成生物学与有机     

合成生物学必须直面的五项挑战

有关合成生物学的一些报道给人的感觉是:操纵生命的能力似乎仅仅被想象力操控。或许不久以后,研究人员可以对细胞进行"编程",从可再生来源(renewable source)中生产出大量的生物燃料,或检测毒素的存在,或按照人体的需要释放精确的胰岛素,等等。     

合成生物学走过的十年

如果生物学知识要成为一门成熟的、适度预见性的科学,需要融入合成生物学的研究方法。而《自然》杂志为合成生物学创建十年所写的这篇社论认为,对基础科学的贡献和来自基础科学的贡献,是合成生物学最值得庆祝的部分。     

合成生物学优化微生物碳代谢过程中的碳保存与碳固定

随着化石资源的过度开发和利用,由CO₂过度排放引起的全球变暖已经引起全世界的高度关注,亟待找到可持续的替代解决方案.利用微生物作为细胞工厂,对天然碳代谢途径进行改造以实现更大程度的碳保留及利用天然碳固定途径和人工固碳途径,将碳源转化为可利用碳物质,是减少碳排放、缓解温室效应的有效途径.本文以微生物系统在其代谢过程中优化碳保存及碳固定的能力为主要标准,主要总结了近年来人工碳保留途径和人工固碳途径设计合成方面取得的进展,并进行了比较分析,讨论了以微生物作为细胞工厂实现绿色低碳可持续生产的价值.随着合成生物学的不断发展,越来越多的二氧化碳固定机制将被挖掘和开发,用于重构微生物代谢,实现高效的生物制造,开启工业脱碳的正循环.     

分子生物学技术在环境生物学中的应用

分子生物学技术在环境生物学中有广阔的应用潜力.主要表现在以下几个方面:核酸杂交技术是最直接的检测特定微生物系统的方式;由于PCR可以从少量复杂的微生物全细胞混合提取物中扩增含量极低的目的DNA或RNA序列,由此衍生出多种用于监测和定量特定微生物系统的相关技术;DNA多态性技术则被用来跟踪特定微生物种群的基因变异和多样性.应用荧光原位杂交技术(FISH),则可以研究微生物群落的建筑学;为了更有效地降解和整治环境中难以对付的复杂的污染物,有必要构建相应的基因工程微生物和基因工程植物.同时,转基因植物释放到环境中所带来的生态学风险以及应用分子生物学技术对其进行评估已引起人们的注意.     

青蒿素合成生物学及代谢工程研究进展

青蒿素生物合成途径仅见于青蒿, 但其"上游"途径为真核生物所共有, 可望通过"下游"途径重建, 在真核微生物(如酵母)中全合成青蒿素. 过去10 年来, 青蒿素合成基因被国内外研究团队陆续克隆并导入酿酒酵母细胞, 已成功合成青蒿酸及双氢青蒿酸等青蒿素前体. 由于酵母缺乏适宜的细胞环境, 尚不能将青蒿素前体转变成青蒿素. 因此, 青蒿依然是青蒿素的唯一来源, 凸显出继续开展青蒿种质遗传改良的必要性. 我国科学家采用"开源"或"节流"等策略,已相继培育出多种转基因青蒿植株或品系, 为实现青蒿素的高产、稳产奠定了坚实的基础. 同时, 青蒿素生物合成的限速步骤尤其是终端反应机制已基本得到阐明, 有助于开展青蒿素形成与积累的环境模拟及仿生, 从而为彻底缓解青蒿素的供求矛盾创造先机. 本文最后讨论了产青蒿素前体微生物专利的作用及中国避免这些专利壁垒的方法.     

搭建生命积木的合成生物学

●合成生物学能为我们带来什么？随着科学家对DNA“读写”能力的进一步提高。生物工程学创造出了更多的奇迹。如果给人类装上声纳．我们会像蝙蝠一样在黑暗中旅行吗？如果人类有从阳光中吸取能量的基因．我们是否会像植物一样进行光合作用？利用生物学和工程学手段。科学家正在改变着世界……     

螺线与生物体上的拟螺线

人类对螺线的探索已很久远，大约在2000多年以前，古希腊数学和力学家阿基米德在他的著作《论螺线》中就对平面等距螺线的几何性质作了详尽讨论。人们称之为“阿基米德螺线”，后来数学家们又发现了对数螺线、双曲螺线、圆柱螺线、圆锥螺线等。     

自由基生物学与健康

自由基是含有一个不成对电子的分子或原子团．例如一氧化氮自由基NO·、羟自由基·OH、超氧阴离子自由基O2^-·和脂自由基L·等。它们大多反应性强，很容易与细胞成分，如细胞膜、蛋白质、酶甚至DNA反应，引起细胞损伤，导致衰老和疾病的发生。自由基生物学是研究自由基在生物体系产生和作用规律的科学，与人类健康密切相关。     

垃圾DNA与信息生物学

金秋九月，两群科学家——一群天文学家和一群生物学家，他们之中多数是物理学出身，具有很强的物理学背景——聚会呼和浩特，纪念爱因斯坦，纵论当代自然科学问题。爱因斯坦是天才的幸运儿，他生活在物理学需要改写的年代，以太风和黑体辐射两朵乌云遮拦着这个年轻人的视线，激发了他敏锐而深刻的科学思考。他成功地改变了因袭几百年的关于自然的观念，改写了物理学的历史。     

人工脑和仿神经结构工程

对人工脑和仿神经结构工程的历史和现状作了综述,也对用机器忠实地拷贝整个人脑是否必要和可行作了思考。     

横看成岭纵成峰--简论系统生物学的学派

科学领域的每一门学科内都存在着许多不同的学派．彼此间在关注事物性质的本体论方面和选择研究策略的方法论方面都有所差别。例如，在生命科学的研究历史中，在遗传学对遗传物质的研究过程中，孟德尔-摩尔根学派从生物表型入手揭示了基因的生物学特性；     

论生物教学中的情感教育

论述了在生物教学中注重渗透情感教育的重要性,从教育者理智地运用情感、唤起学生积极的情感、创设最佳教学情境等方面阐述了生物教学中情感教育的策略。     

方兴未艾的化学生物学

化学生物学是由经典化学和生物化学衍生出来的一个新的交叉分支.在生物化学的发展过程中,很多化学的成分和物理学的技术不断渗透进入,例如,各种类型的小分子作为抑制剂和调节剂,为阐明蛋白质(特别是酶学)结构和功能的关系及其生物学意义作出了重要贡献,转而这些小分子又被开发成为治疗疾病的药物.     

进化论与进化生物学的发展

自达尔文1859年发表<物种起源>(The Origin ofSpecies)一书以来,"进化"(evolution)已逐渐成为生物学文献中出现频率最高的词汇之一,进化生物学(evo-lutionary biology)则成为当今生命科学中一个重要的前沿领域.     

系统生物学面面观

系统理论和系统思想对于我国知识分子并不陌生.1980年代在我国学术界曾经流行过"三论"--系统论、信息论和控制论,其中的"系统论"是指奥地利科学家贝塔朗菲(L. Bertalanffy)在1970年代创立的"一般系统论"(general system theory).