“组合”新生命

重塑生命,这正是合成生物学这一新兴科学的核心宗旨。该学科致力于从零开始建立微生物基因组,从而分解、改变并扩展自然界在35亿年前建立的基因密码。合成生物学是基因工程中一个刚刚出现的分支学科,它吸引了大批生物学家和信息工程师致力于此项研究。     

为细胞“编程”的启示

<正>生物学博士贾斯汀·帕哈拉和加拿大生物艺术家、MITMedia Lab研究员朱丽·勒高特,在北京中学生物实验室带领同学们利用神秘装备"Amino"完成了有趣的合成生物学实验。实验的基本思路是:往大肠杆菌里导入从海洋生物中获取的各种颜色的荧光蛋白基因。如果新的基因在大肠杆菌中获得表达,大肠杆菌就会呈现出不同的颜色,也就表明大肠杆菌"编程"成功。     

先秦生态认识举隅

生态学(Ecology)是研究生物与其生活环境之间相互关系的科学,它是生物科学的基础学科之一。如果说,生态学作为一个独立的生物学分支被大家所接受,已经是迟至上世纪末、本世纪初;如果说,生态学发展为一门具有明确的理论基础和特殊方法论的成熟学科、它之崛起于现代科学丛林而     

遗传工程的最新成就——大肠杆菌首次制造人胰岛素实验成功

遗传工程是当代生物学的一个生长点,它是分子生物学的一个重要分支。所谓遗传工程就是在分子水平上按照人工设计的蓝图,对生物遗传物质(基因)进行体外“施工”,把重新组合的新的遗传物质(新基因)再引入寄主生物细胞中,以得到具有新遗传性的生物类型。这样,便打破了物种的界限,可以使人们有计划地按照需要改造现有生物种,并为创造新的生物类型开辟了崭新的道路。同时,它也将为人类创造更多的有价值的产品,如稀有的生物激素等,展现美好的前景。本文是介绍近年来美国科学工作者,在遗传工程方面所取得的一些突出成就.     

环境保护的自然观和科学意义

当今,环境保护已经作为世界各国的一项基本国策、并逐步升华为全人类的一个公共理念。环保工程也是现代化的科技工程,其影响极其深远、涵盖最为宽广;它是人类社会实现可持续发展战略的重大依托,是人类文明长久进步的必需保障。在这宏伟工程铺展过程中,随之形成了一门涉及面很大、综合性很强的前卫学科——"环境科学",环境物理学、环境化学、环境生物学等是其主要分支。     

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应用的几个模型及方法,如支持向量机、神经网络、生成式对抗网络、深度强化学习等.然后介绍机器学习方法在合成生物学领域的典型应用,如启动子预测、酶催化设计、代谢途径构建、基因线路设计等.本文综述面向合成生物学的机器学习方法及应用,并试图启发读者如何选择和设计机器学习方法用于合成生物学的研究.     

“垂钓”基因

在基因工程中,常常需要将某一个基因从众多的基因中找出来,然后对它实施改造。那么,能不能像"钓鱼"一样,将某一个特殊的基因钓出来呢? 答案是肯定的,但必须有特殊的"鱼饵"。事实上,用来钓基因的"鱼饵"有一个专有名字,就是"探针"。你可别望文生义,以为"探针"就     

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。     

定量至简,工程至繁:定量工程生物学

正定量工程生物学是合成生物学、定量生物学和系统生物学交叉互补,并融合数学、物理、信息与工程等多个学科思路和方法而形成的一个新兴领域.它旨在揭示天然和人工生物系统分别及共同遵循的内在规律,并在此基础上理性设计和构建人工生物系统,从而解答生命科学前沿问题,通过干预和改造,应对人类社会面临的重大挑战.这里所谓的理性设计,是指在可预测的规律或模型指导下,有计划地创造、执行、构建研究对象~([1]).正如有了流体力学的指导,人们才得以预测飞机机翼产生举力的条件,并制造出飞机;这种"可预测性设计构建"是定量工程生物学的内核.     

生物的数学

正探索物理学规律和生物学规律的交叉地带。牛津英语词典是大家都认可的知名权威工具书,但它对物理学的定义——"研究非生命物质和能量性质的科学分支"——显然并不全面,因为物理学同样研究生命。早在1900年,物理学家召开第一次国际大会时就报告过生物学方面的研究。如今,物理学和数学仍旧在帮助生物学家认识生物。     

遗传工程学研究的进展

随着分子生物学的发展,在六十年代末和七十年代初出现了遗传工程学或称基因工程学,它是分子遗传学的一个分支,主要研究遗传物质——基因的识别、分离及引入异种细胞,并且在异种细胞中表现出其遗传性状。通过类似工程设计方式,将基因在体外人工地进行剪接和杂交,然后引入受体,从而定向地培育出具有新的遗传性状的生物品种。它的重要性在于不仅     

五招治癌备受期待

使用"开关"关闭"失控"基因 RNA干扰技术出现于20世纪90年代,它是进入2000年后人们最予以期待的一项生物医学发现,也给癌症治疗带来新的途径.RNA即核糖核酸,主要担任生命活动中传递信息的角色,负责传递DNA设计的"生命蓝图".简单地说,它参与一种细胞控制机制,掌握了这种机制,就等于掌握了某些单个基因的"开关",可以通过控制这个开关来掌控基因.美国哈佛医学院的癌症专家朱迪·利伯曼(Judy Lieberman)在评价RNA干扰技术时说,这是一种令基因"沉默"的技术,它的出现为我们开辟了一个"广阔的领域",我们可以在那里做很多想做的事,例如当生物体内某种现象得不到解释时,我们可以通过逐个地关闭基因以找到现象的根源,即寻找到生物体中导致某种现象发生的蛋白质和基因.这表明,RNA干扰为生物学家们提供了一种生物学研究的重要手段,所以利伯曼把RNA干扰的出现称为"沉默的革命".     

合成的鼠心钠素基因的表达

心钠素作为一类激素,在临床上用于治疗某些心血管疾病,可能有重要意义。人和鼠的心钠素均由28个氨基酸组成,它们仅N端第12位的氨基酸不同,但二者的生物活性几乎相同。合成的鼠心钠素基因,在基因的N端和C端分别有一个EcoRI和BamHI酶切位点,在N端还设有一个甲硫氨酸密码子     

生物磁学的研究手段

最近十年里,在生物学和物理学之间产生了一门新的学科分支——生物磁学(biomagnetism),它是一     

分子进化研究上的争论及分子进化的意义

分子生物学的蓬勃发展,推动了生物学其他分支深化到分子水平,进化历史和进化机制的研究亦不例外,这就是分子进化这一新颖领域在进化生物学的涌现。迄今为止,分子进化研究取得的成就已大大推进了进化生物学的前进,如在分子钟假说基础上以分子数据构建的系统树,极大地改善了昔日主要依靠难以猎取的零星化石资料批论的系统树,而且可以构建基因系统树(这是传统的进化生物学无法做到的);更有意义的是,对进化机制的探讨,进入到一个新的水平。随着进化生物学研究的深入,对一些基本问题如生物进化主要动力的争论,愈来愈激烈也愈来愈深刻了。     

水稻赤霉素20-氧化酶基因(rga5)的正、反义转化对水稻生物学性状的影响

通过PCR方法从水稻"矮子占"和"南特号"的基因组DNA中分离出赤霉素20-氧化酶基因rga5, 其编码区含1119 bp. 其编码蛋白与已报道的水稻赤霉素20-氧化酶基因OsGA20ox相比有11个氨基酸不同, 其中9个氨基酸为移码差异. 通过基因枪法将该基因的正、反义表达质粒pSrga5和pArga5转化水稻"中花8号", 获得了生物学性状有明显变异的转基因植株. 正义转化表现出植株增高、叶片和穗变长、穗粒数增加等特征, 但花期未受明显的影响; 而反义植株表现出明显的"矮化"和"早花", 且出现植株细弱、叶色加深、叶片和穗变短等特征. 转基因水稻的分析结果表明, rga5正、反义外源基因已分别整合到水稻基因组中, 并有效表达; 正义植株体内的GA1平均增加约50%, 反义则降低至对照组的约10%. 结果表明, rga5是水稻赤霉素合成代谢途径中起关键作用的赤霉素20-氧化酶基因, 该序列中11个氨基酸的变异并不影响其功能. 正义表达可增强体内GA的合成, 促使植株生长, 增加株高; 反义转化则抑制了内源GA的合成及植株生长, 导致植株明显的矮化.     

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.     

低温生物学与冷冻医学

低温生物学和冷冻医学是现代制冷学科的一个重要分支,它是近年来在我国发展很快的一门新生科学,从人类最早接触到“冷”这一自然现象到人们能合理应用.从此形成一门科学.这在国际上也是近代的事情. 冷冻在生物学和医学上有两种截然不同的作用:(1)维持细胞生命,以便达长期贮存细胞、组织器官、乃至整个生物体;(2)促进细胞坏死的破坏作用,以治疗疾病.     

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     

与合成生物学的亲密接触

<正>生物技术的发展帮助人类实现了从发现生物到"制造"生物的转变。作为一门高度工程化的综合类学科,合成生物学似乎离我们非常遥远。但在贾斯丁·帕哈拉博士和朱莉·勒高特两位"生物极客"的带领下,我国部分青少年却有幸近距离接触到了合成生物学。我们特地选取了参与活动的几所学校,让参与实验的学生们谈谈通过这次