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.     

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。     

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.     

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……     

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...     

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。     

合成生物学在活体功能材料构建上的应用

材料是人类赖以生存与发展的物质基础,代表了一个时代科学技术成果的最前沿.近年来飞速发展的合成生物学,通过改进现有系统或构建全新的生物体系,极大地促进了对生物本身的了解,拓宽了生命科学的应用范围.将构建的生物体系进一步结合材料科学中的设计工具及方法,便诞生了活体功能材料这一概念及领域.与传统材料不同,活体功能材料以活体细胞为结构单体组装材料,活体细胞本身成为材料的工程化设计工具以及技术设想和实现途径的基本单元.将编程后的工程活细胞组装、裁剪成具有生物系统特性的活体功能材料,将活体细胞的自我修复能力等特性融入材料,进一步拓展了原有材料的性能.本文将着重介绍活体功能材料的产生、发展及近年来取得的相关成果,在此基础上对活体功能材料未来的发展进行展望.     

三蝶烯及其衍生物的合成与应用研究进展

三蝶烯及其衍生物是一类具有独特的三维刚性结构的化合物, 它们在过去的20多年内受到了人们很大的关注, 并已在包括分子机器、材料化学以及超分子化学等许多领域内得到了广泛的应用. 本文将概述三蝶烯及其衍生物的主要应用研究成果, 重点介绍我们研究组于近年来在基于三蝶烯的新型受体分子合成及其在分子识别与组装中应用的研究进展.     

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.     

木栓质的结构组分、生物合成及其功能的研究进展

木栓质是一种主要由含氧脂肪酸和芳香族化合物组成的疏水性生物聚合物.木栓质聚合物的合成起始于多种C16～C24链长度的脂肪酸,通过脂肪酸伸长和氧化还原过程,形成木栓质单体,经过内质网和质膜的运输,在细胞壁内侧沉积形成木栓层.木栓质主要沉积在根部的内皮层和周皮内,通过形成重要的机械屏障,控制根部水分和营养物质的运输,防止病原体的入侵和有毒气体的扩散等.木栓质的沉积可以帮助植物抵御各种胁迫,提高根系的保水能力,对植物适应复杂多样的外界环境从而保证其正常的生长发育等具有重要作用.本文系统综述了木栓质的沉积定位、化学成分分析与检测、生物合成及其调控的相关动态,重点总结了木栓质的生物功能,可为木栓质的深层次研究和开发应用提供重要的理论基础.     

“我见证了两次重大科技变革”——合成生物学之父汤姆·奈特访谈录

汤姆·奈特(Tom Knight),美国麻省理工学院人工智能实验室科学家、iGEM创始人,后着迷于生命科学,转而开创了合成生物学领域,并参与银杏生物工作室(Ginkgo BioWorks)的创建。不久前在接受《新科学家》杂志采访时认为,比起人类制造的物体,自然界有能力产生出更危险的东西。但很快我们就能以机械精度设计出有生命的东西。