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     

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。     

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...     

仿生结构及其功能材料研究进展

种类繁多的生物界经过45亿年长期的进化其结构与功能已达到近乎完美的程度, 实现了结构与功能的统一, 局部与整体的协调和统一. 仿生设计原理为创造新型结构及功能材料提供了新的方法和途径, 向自然学习是新材料发展的重要源泉. 近年来, 仿生结构及其功能材料受到越来越多的关注, 本文结合作者课题组的相关工作, 就光子晶体材料、仿生空心结构材料、仿生离子通道、仿蜘蛛丝超韧纤维、仿生特殊浸润性表面、仿生高强超韧层状复合材料、仿生高黏附材料及其他仿生材料的研究现状进行简要的综述, 并概要展望了其发展趋势.     

合成生物学与人工生命体

计算机出问题不能工作了,通常我们会选择重装操作系统,而类似的想法在活的细胞中也能够实现.这是怎么回事呢?2007年10月6日,基因组研究先锋美国克雷格·文特尔研究所(J.Craig Venter Institute)已成功地合成了生殖支原体(Mycoplasma genitalium)的基因组.     

定量与工程生物学在mRNA基因疗法中的应用

信使RNA(messengerRNA,mRNA)作为基因信息的瞬时载体,是一种多功能、灵活及安全的基因治疗手段,但由于mRNA分子的不稳定性和免疫原性,这种基因疗法最初并没有得到普及.在过去几十年里,定量与工程生物学学科交叉融合使得以mRNA为基础的基因治疗方法逐渐从概念验证阶段走向临床治疗阶段.本文从mRNA的功能结...     

稀土功能材料的研究进展

稀土元素在电、光、磁等方面具有独特性质,被誉为21世纪新材料的宝库.本文介绍近10多年来某些稀土功能材料,如稀土永磁材料、稀土磁光材料、稀土磁致伸缩材料、稀土磁致冷材料、稀土超导材料、稀土发光高分子材料和含稀土的汽车尾气净化催化剂的研究及其应用的进展.     

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.     

硅在生物学上的作用

环境中的铝一直是人们在讨论的一个问题,从注意酸雨对鱼类和植物的影响,一直到与人的骨疾和痴呆病的关系.最新的研究结果表明,以硅酸形态存在的硅,在生物体系排铝的过程中起了重要的作用.本文通过考察这两种元素(特别是羟基硅铝酸盐)的相互作用关系,来探讨铝的输送、结合、利用和毒性问题.     

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……     

水热法直接合成介孔功能新材料

报道了一种合成碱土金属或过渡金属氧化物负载型介孔功能材料的“直接法”原位改性新途径. 它不再沿袭传统的“先合成样品再进行改性处理”工艺思路, 而是利用某些盐类不干扰强酸性合成体系, 却易形成氧化物的特点, 将它们加入合成体系, 吸附/沉积于介孔硅分子筛表面上, 但是在样品焙烧时转变成目标氧化物. 新方法将“合成”和“改性”集为一举, 在合成过程中同时就完成了调变改性.     

功能软物质材料及其在微流控领域的应用

功能软物质材料是一种在特定外界刺激下表现相应功能的软物质材料。功能软物质材料在微小的作用下就能展现强大的功能,因此在智能控制等领域有着广泛的应用前景,也成为了软物质研究领域的研究热点。本文介绍了液晶、功能膜、水凝胶和PDMS复合材料等几种典型的功能软物质材料,以及PDMS复合材料在微流控领域的具体应用。     

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。     

定量工程生物学的化学蛋白质组学支撑性技术

定量工程生物学是一门前沿交叉学科,通过设计-合成-测试-学习-再设计路线将不同的生物元器件组合,形成可以执行特定功能的基因线路,再经过不断优化获得稳定的、可控的基因线路,最后将设计优化后的线路引入不同的生命体,以达到预设的目的.这种变革性的方法可以创建一些能够灵敏感知和响应各种环境的工程系统,但在其中的功能检测环节,化...     

高内相乳液的制备、性能及其在功能材料制备上的应用

与传统乳液相比,高内相乳液具有较高的内相体积分数,分散相液滴之间相互挤压使其产生形变,形成了被连续相液膜分隔的无规则多面体,从而赋予高内相乳液黏度高、界面膜面积大等特点.以高内相乳液为模板,制备多孔功能材料时,高内相乳液内部液滴特殊的多面体结构赋予多孔材料高比表面积、高孔隙率以及轻质量等优点.而且,相比于其他传统方法如微乳液法、化学腐蚀法、相分离法等,可通过调节高内相乳液的内外相体积分数、稳定剂种类等因素,实现精准调控材料孔隙分布、孔容量以及孔密度的目的,因而在气体吸附、药物递送、污染物过滤等方面展现出广阔的应用前景.本文主要介绍了近年来发展出的多种高内相乳液的种类及其相应的制备方法,详细讨论了稳定剂的选择以及多种外界环境因素对高内相乳液稳定性的影响,并展望了该类材料的研究前景和潜在应用,即利用高内相乳液制备多孔功能材料,并论述了现阶段多孔功能材料在实际应用中的优点以及局限性,为后期的实际应用提供了有效的解决方案.