电子课件第一章 合成生物学概述.ppt

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1、PPT模板下载：/moban/行业PPT模板：/hangye/节日PPT模板：/jieri/PPT素材下载：/sucai/PPT背景图片：/beijing/PPT图表下载：/tubiao/优秀PPT下载：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/资料下载：/ziliao/PPT课件下载：/kejian/范文下载：/fanwen/试卷下载：/shiti/教案下载：/jiaoan/字体下载：/ziti/电子课件第一章 合成生物学概述电子课件第一章 合成生物学概述合成生物学合成生物学李李 春春北京理工大学北京理工大学 生命学院生命学院

2、 合成生物学概述合成生物学概述 合成生物系统的设计合成生物系统的设计 合成生物系统的数学模拟与性能分析合成生物系统的数学模拟与性能分析 合成生物学的基础合成生物学的基础 合成生物学的应用研究合成生物学的应用研究 最新案例与讨论最新案例与讨论提纲提纲第一章第一章 合成生物学概述合成生物学概述合成生物学的诞生合成生物学的诞生合成生物学的定义合成生物学的定义合成生物学的研究内容合成生物学的研究内容合成生物学的意义合成生物学的意义合成生物学的工程本质合成生物学的工程本质合成生物学与相关生物学科合成生物学与相关生物学科一、合成生物学的诞生一、合成生物学的诞生合成生物学诞生的知识积累合成生物学诞生的知识积

3、累DNADNA是生物的遗传物质（是生物的遗传物质（19531953年）年）(K)大肠杆菌大肠杆菌B大肠杆菌大肠杆菌K11410 410 4(B)宿主的限制和修饰现象宿主的限制和修饰现象(1952(1952年年)E.O.P 成斑率成斑率efficiency of plating一、合成生物学的诞生一、合成生物学的诞生合成生物学诞生的知识积累合成生物学诞生的知识积累(B)(B)酶切位点酶切位点不被修饰不被修饰噬菌体噬菌体DNA被切割被切割酶切位点酶切位点被修饰被修饰基因组基因组DNA不被切割不被切割限制限制修饰的酶学假说（修饰的酶学假说（19621962年）年）一、合成生物学的诞生一、合成生物学的

4、诞生合成生物学诞生的知识积累合成生物学诞生的知识积累一、合成生物学的诞生一、合成生物学的诞生合成生物学诞生的知识积累合成生物学诞生的知识积累DNADNA重组（重组（RecombinantRecombinant）技术（技术（19731973年）年）一、合成生物学的诞生一、合成生物学的诞生合成生物学诞生的知识积累合成生物学诞生的知识积累操纵子（操纵子（operonoperon）模型（）模型（Jacob Jacob 与与 Monod Monod）乳糖操纵子（阻遏）乳糖操纵子（阻遏）一、合成生物学的诞生一、合成生物学的诞生合成生物学诞生的知识积累合成生物学诞生的知识积累操纵子（操纵子（operonop

5、eron）模型（）模型（Jacob Jacob 与与 Monod Monod）乳糖操纵子（解阻遏）乳糖操纵子（解阻遏）操纵子思想被认为是基因操纵子思想被认为是基因线路（线路（gene circuitgene circuit）的）的雏形！雏形！一、合成生物学的诞生一、合成生物学的诞生合成生物学诞生的知识积累合成生物学诞生的知识积累模式生物基因组计划的实施模式生物基因组计划的实施哺乳动物哺乳动物 4200 4200 种种真真 细细 菌菌 3600 3600 种种古古 细细 菌菌 180 180 种种病病 毒毒 1750 1750 种种已完成测序的模式生物：小鼠、线虫、拟南芥、果蝇、已完成测序的模式

6、生物：小鼠、线虫、拟南芥、果蝇、水稻、酵母、大肠杆菌水稻、酵母、大肠杆菌 。数数学学物物理理学学工工程程学学生生物物学学计计算算机机科科学学化化学学信信息息学学合合 成成 生生 物物 学学生生 物物质质 能能生物医学生物医学环境修复环境修复精细精细化学品化学品食品食品原料原料生物材料生物材料生物传生物传感器感器生物生物计算机计算机应用应用应用应用应用应用一、合成生物学的诞生一、合成生物学的诞生合成生物学诞生的学科基础合成生物学诞生的学科基础一、合成生物学的诞生一、合成生物学的诞生合成生物学的出现与发展合成生物学的出现与发展19801980年第一次以年第一次以“基因外科术：基因外科术：合成生物学

7、（合成生物学（synthetic biology synthetic biology）的开始的开始”为题出现在德文刊物上为题出现在德文刊物上 Focus on Synthetic Biology，Nature Biotechnology,27(12),2009-12-7：The latest iteration of genetic engineering offers the prospect of the design and construction of new life forms from biological parts,devices and systems.一、合成生物学的诞

8、生一、合成生物学的诞生合成生物学的出现与发展合成生物学的出现与发展2010年年“人造生命诞生人造生命诞生”一、合成生物学的诞生一、合成生物学的诞生合成生物学的出现与发展合成生物学的出现与发展2010年年“人造生命诞生人造生命诞生”一、合成生物学的诞生一、合成生物学的诞生合成生物学的出现与发展合成生物学的出现与发展20042004年被美国年被美国MITMIT出版的出版的Technology ReviewTechnology Review评为将评为将改变世界的改变世界的1010大新出现的技术之一大新出现的技术之一(10 Emerging(10 Emerging Technologies That

9、Will Change Your World)Technologies That Will Change Your World)。20092009年中科院年中科院300300多位专家经过一年多研究发布的多位专家经过一年多研究发布的创创新新20502050：科技革命与中国的未来：科技革命与中国的未来战略研究系列报告中战略研究系列报告中指出：指出：“合成生物学合成生物学”是可能出现革是可能出现革命性突破的命性突破的4 4个基个基本科学问题之一本科学问题之一。二、合成生物学的定义二、合成生物学的定义什么是合成生物学？什么是合成生物学？合成生物学的定义目前处于合成生物学的定义目前处于多元化阶段多元化阶

10、段。J.D.Keasling定义定义R.Holt定义定义G.Church定义定义合成生物学组织网站定义合成生物学组织网站定义二、合成生物学的定义二、合成生物学的定义什么是合成生物学？什么是合成生物学？J.D.Keasling定义定义美国加州大学伯克利分校化美国加州大学伯克利分校化学工程系教授，他认为合成学工程系教授，他认为合成生物学是生物学是用用“生物学生物学”进行进行工程化工程化，就如用，就如用“物理学物理学”进行进行“电子工程电子工程”、用化学、用化学进行化学工程一样。进行化学工程一样。J.D.Keasling二、合成生物学的定义二、合成生物学的定义什么是合成生物学？什么是合成生物学？R.

11、Holt，美国哥伦比亚癌症研究中心主任，认为合成生美国哥伦比亚癌症研究中心主任，认为合成生物学与传统的物学与传统的DNADNA重组技术的界限任然模糊。根本上，重组技术的界限任然模糊。根本上，合成生物学利用获得的合成生物学利用获得的“元件元件”对细胞进行实际工程化对细胞进行实际工程化G.Church，美国哈佛大学医学院教美国哈佛大学医学院教授，认为合成生物学是授，认为合成生物学是利用确定的利用确定的“零件零件”进行新生物系统的工程进行新生物系统的工程。利用。利用从系统生物学得出的最好分析法加工、从系统生物学得出的最好分析法加工、制作及检验复杂的生物机器。制作及检验复杂的生物机器。George C

12、hurch二、合成生物学的定义二、合成生物学的定义什么是合成生物学？什么是合成生物学？合成生物学组织网站定义合成生物学组织网站定义（A)the design and construction of new biological parts,devices,and systems,and（B)the re-design of existing,natural biological systems for useful purposes.强调强调“设计设计”和和“重设计重设计”。设计、模拟、。设计、模拟、实验室合成生物学的基础。实验室合成生物学的基础。Applications二、合成生物学的定义二

13、、合成生物学的定义什么是合成生物学？什么是合成生物学？SystemsParts&FabricationDesignToolsRegistriesSynthesisMeasurement二、合成生物学的定义二、合成生物学的定义什么是合成生物学？什么是合成生物学？标准化标准化底盘机架底盘机架二、合成生物学的定义二、合成生物学的定义什么是合成生物学？什么是合成生物学？Abstraction in computer and biology三、合成生物学的研究内容三、合成生物学的研究内容生物大分子的合成与模块化生物大分子的合成与模块化生物基因组的合成、简化与重构生物基因组的合成、简化与重构合成代谢网络合

14、成代谢网络遗传遗传/基因线路的设计与构建基因线路的设计与构建细胞群体系统和多细胞系统研究细胞群体系统和多细胞系统研究数学模拟和功能预测数学模拟和功能预测（1）生物大分子的合成与模块化）生物大分子的合成与模块化蛋白质的工程化改造与模块化蛋白质的工程化改造与模块化核酸分子的人工合成核酸分子的人工合成蛋白质的工程化改造与模块化蛋白质的工程化改造与模块化合成生物学设计能够相对独立、可以被组装的蛋白模合成生物学设计能够相对独立、可以被组装的蛋白模块。块。问题：问题：天然蛋白在天然蛋白在模块化模块化和和功能化功能化方面方面无法满足无法满足人工人工生物系统要求。生物系统要求。如何解决？如何解决？根据调节蛋白

15、自身域结构的重新组合来巧妙的实现：根据调节蛋白自身域结构的重新组合来巧妙的实现：利用计算化学指导突变，构建具有崭新功能的蛋白质或利用计算化学指导突变，构建具有崭新功能的蛋白质或活性酶。活性酶。利用信号蛋白可以在蛋白利用信号蛋白可以在蛋白-蛋白相互作用水平进行功能蛋白相互作用水平进行功能的重编程，对信号通路进行构造和改变。的重编程，对信号通路进行构造和改变。蛋白质的工程化改造与模块化蛋白质的工程化改造与模块化蛋白自身域结构的重新组合：蛋白自身域结构的重新组合：Single Zinc-finger stucture poly Zinc-finger protein人工设计人工设计多锌指蛋白多锌指蛋

16、白获得崭新的酶底获得崭新的酶底物结合特异性物结合特异性蛋白质的工程化改造与模块化蛋白质的工程化改造与模块化计算化学指导突变：计算化学指导突变：无酶活性的无酶活性的核糖体结合蛋白核糖体结合蛋白按照丙糖磷酸异构酶按照丙糖磷酸异构酶活性中心结构突变活性中心结构突变天然的丙糖磷酸天然的丙糖磷酸异构酶（异构酶（TIM）具有具有TIM活性的活性的核糖体结合蛋白核糖体结合蛋白A.Dwyer et al.Computational Design of a Biologically Active Enzyme,Science,2004,304(25):1967-1971蛋白质的工程化改造与模块化蛋白质的工程化改

17、造与模块化蛋白蛋白-蛋白相互作用：蛋白相互作用：具有具有TIM活性的活性的核糖体结合蛋白核糖体结合蛋白J.Bashor et al.Using Engineered Scaffold Interactions to Reshape MAP Kinase Pathway Signaling Dynamics,Science,2008,319(14):1539-1546Yeast mating pathway酵母杂合途径酵母杂合途径负调控负调控核酸分子的人工合成核酸分子的人工合成允许高效构建相关的在特殊区域有所改变的基因簇；允许高效构建相关的在特殊区域有所改变的基因簇；允许目标基因的柔性设计而不需

18、常规基因重组或克隆允许目标基因的柔性设计而不需常规基因重组或克隆所需的中间步骤；所需的中间步骤；允许用户选择只包括期望功能和途径的人工合成基因，允许用户选择只包括期望功能和途径的人工合成基因，简化或切断生物进化作用所带来的影响；简化或切断生物进化作用所带来的影响；允许用户插入任意期望的模块，具有可扩展性；允许用户插入任意期望的模块，具有可扩展性；如设计成只有在实验室特殊条件中才能存活的形式，如设计成只有在实验室特殊条件中才能存活的形式，则更具有安全性。则更具有安全性。核酸分子的人工合成核酸分子的人工合成DNADNA从头合成从头合成（de novode novo DNA synthesis DN

19、A synthesis）技术：）技术：目前主要是通过断链片段的拼接，以及化学合成寡目前主要是通过断链片段的拼接，以及化学合成寡核苷酸并通过核苷酸并通过PCRPCR装配成较长的装配成较长的DNADNA片段。片段。Synthesis of poliovirus in the absence of natural template核酸分子的人工合成核酸分子的人工合成S.A.BennerS.A.Benner等人人工制造了等人人工制造了两种核苷：两种核苷：K K和和X X，组成，组成了被其称之为了被其称之为AEGIS AEGIS(An Expanded Genetic(An Expanded Genet

20、ic Information System)Information System)的系统，而且证明了核苷酸的种类的系统，而且证明了核苷酸的种类可以多达可以多达1212种之多。种之多。斯坦福大学的化学家斯坦福大学的化学家E.T.KoolE.T.Kool在原有的四种碱基上在原有的四种碱基上增加苯环增加苯环，形成新的四种碱基，并制造了加长的双螺旋，形成新的四种碱基，并制造了加长的双螺旋新分子新分子“xDNAxDNA”，增加了，增加了DNADNA双链的间距，使双链的间距，使DNADNA分子双分子双链的氢键断裂温度提高。这段双螺旋能在黑暗的环境中链的氢键断裂温度提高。这段双螺旋能在黑暗的环境中发光并且能

21、在较高的温度下仍然保持稳定。发光并且能在较高的温度下仍然保持稳定。人工合成生物全基因组人工合成生物全基因组生物基因组的简化与重构生物基因组的简化与重构（2）基因组的合成、简化与重构）基因组的合成、简化与重构人工合成生物全基因组人工合成生物全基因组20022002年纽约州立大学石溪分校（年纽约州立大学石溪分校（E.WimmerE.Wimmer）小组用）小组用3 3年时年时间合成出了间合成出了脊髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒（PoliovirusPoliovirus）的全基因组，）的全基因组，7500bp7500bp。20032003年，年，J.C.Venter J.C.Venter 研究小组用研究小

22、组用1414天时间从头合成了天时间从头合成了噬噬菌体菌体Phi X174Phi X174（5386bp5386bp）基因组。）基因组。20042004年，人工合成了年，人工合成了19181918年造成全世界上千万人死亡的年造成全世界上千万人死亡的“西班牙流感病毒西班牙流感病毒”。Little lesions of lung tissue from a Tx/91-infected mouseLung from mice infected with synthesed influenza virus人工合成生物全基因组人工合成生物全基因组20082008年年J.C.VenterJ.C.Vente

23、r小组又合成了小组又合成了Mycoplasma genitalium生殖道支原体基因组（生殖道支原体基因组（582790kb582790kb），这是迄今），这是迄今为止人类在合成生物过程中走得最远的一步。为止人类在合成生物过程中走得最远的一步。Linear GenomBench representation of the circular 582,970-bp M.genitalium JCVI1.0 genome.Overlapping synthetic DNA cassettes that comprise the whole genome sequence,485 M.genitali

24、um protein coding genes,43 M.genitalium rRNA,t RNA,and structural RNA genes,and B-series assemblies.生物基因组的简化与重构生物基因组的简化与重构生物体自身的各种生物体自身的各种代谢路径、信号传导途径及内源噪声代谢路径、信号传导途径及内源噪声对于人工模块功能的执行时一种干扰。对于人工模块功能的执行时一种干扰。天然基因功能的天然基因功能的多效性和冗余性多效性和冗余性也给模拟算法的应用带也给模拟算法的应用带来障碍。来障碍。如何解决？如何解决？最小基因组（最小基因组（minimal genomemini

25、mal genome）必需基因（必需基因（essential geneessential gene）生物基因组的简化与重构生物基因组的简化与重构最小基因组（最小基因组（minimal genomeminimal genome）必要条件）必要条件l必不可少必不可少(或必需或必需)的蛋白质编码基因的蛋白质编码基因 （Essential Essential genes)genes)；l必不可少必不可少(或必需或必需)的的RNARNA分子编码基因；分子编码基因；l必不可少必不可少(或必需或必需)的非编码序列（启动子序列的非编码序列（启动子序列;TFBS;TFBS;复制起始原点区复制起始原点区 oriC

26、oriC等等););生物基因组的简化与重构生物基因组的简化与重构Bacillus subtilis No.of essential genes 271Mycoplasma genitalium No.of essential genes 386Haemophilus influenzae No.of essential genes 642现在已有现在已有1414种原核生物和种原核生物和7 7种真核生物基因组的必需基种真核生物基因组的必需基因被掌握，存放在必需基因数据库因被掌握，存放在必需基因数据库DEG5.2DEG5.2中。中。生物基因组的简化与重构生物基因组的简化与重构20062006年年S

27、CIENCE SCIENCE 发表了美国威斯康星大学发表了美国威斯康星大学Blattnerj教授教授小组的论文：小组的论文：“减少了大肠杆菌基因组所出现的性质减少了大肠杆菌基因组所出现的性质”。使所设计的菌种基因组减少高达。使所设计的菌种基因组减少高达1515，但却保留了好，但却保留了好的生长状态和蛋白质生产。的生长状态和蛋白质生产。利用转录和翻译控制单元调控酶的表达以合成或分解利用转录和翻译控制单元调控酶的表达以合成或分解代谢物。代谢物。主要以代谢物浓度作为控制元件的输入信号主要以代谢物浓度作为控制元件的输入信号。（3）合成代谢网络）合成代谢网络 美国科学家合成青蒿素的前美国科学家合成青蒿素

28、的前体物质青蒿酸体物质青蒿酸 美国加利福尼亚美国加利福尼亚大学伯克利分校的大学伯克利分校的教授教授Jay Keasling及其同事及其同事20062006年利年利用酵母合成了青蒿用酵母合成了青蒿素的前体物质素的前体物质青蒿酸，发表在青蒿酸，发表在自然自然杂志上。杂志上。（3）合成代谢网络）合成代谢网络The process for the microbial production of artemisinin.Using synthetic biology遗传线路（遗传线路（genetic circuitgenetic circuit），），俗称基因线路俗称基因线路（gene circuitg

29、ene circuit），是由各种调节元件和被调节的基），是由各种调节元件和被调节的基因组合成的遗传装置（因组合成的遗传装置（genetic devicegenetic device）。）。功能分类：功能分类：逻辑基因线路逻辑基因线路-借鉴控制理论和逻辑电路的设计规则借鉴控制理论和逻辑电路的设计规则其他功能的遗传线路其他功能的遗传线路-利用基因模块原有功能。利用基因模块原有功能。（4）遗传）遗传/基因线路的设计与构建基因线路的设计与构建 Toggle switch （4）遗传）遗传/基因线路的设计与构建基因线路的设计与构建Repressor 1 inhibits transcription f

30、rom Promoter 1 and is induced by Inducer 1.Repressor 2 inhibits transcription from Promoter 2 and is induced by Inducer 2.S.Gardne et al.Construction of a genetic toggle switch in Escherichia coli.Nature,2000,403(20):339-342 逻辑或门遗传线路逻辑或门遗传线路（4）遗传）遗传/基因线路的设计与构建基因线路的设计与构建Hasty et al.Engineered gene ci

31、rcuits.Nature,2002,420(14):224-230基于细胞间交流的细胞群体系统及多细胞系统的开发，基于细胞间交流的细胞群体系统及多细胞系统的开发，主要是研究细胞群体间的主要是研究细胞群体间的同步基因表达、信号交流、异步同步基因表达、信号交流、异步功能配合功能配合等。等。A microfluidic bioreactor enables long-term culture and monitoring of extremely small populations of bacteria with single-cell resolution.The device can obs

32、erve the dynamics of E.coli carrying a synthetic population control circuit that regulates cell density through a feedback mechanism based on quorum sensing.（5）细胞群体系统及多细胞系统研究）细胞群体系统及多细胞系统研究K.Balagadde et al.Long-Term Monitoring of Bacteria Undergoing Programmed Population Control in a Microchemostat

33、.Science,2005,309:137-142（5）细胞群体系统及多细胞系统研究）细胞群体系统及多细胞系统研究 With the circuit ON,the cell density is broadcast,which in turn modulates the expression of a killer gene.The killer gene regulates cell density by controlling the cell death rate.Optical micrograph showing six microchemostatsGrowth of cells

34、with the population-control circuit ON(reactors 1 to 3),OFF(reactors 5 to 6),or absent(re-actor 4)on a single chip一种科学只有在成功地运用了数学时，才算真正达到完一种科学只有在成功地运用了数学时，才算真正达到完善的地步。善的地步。卡尔马克思。卡尔马克思。（6）数学模拟和功能预测）数学模拟和功能预测Interplay between engineering tools with a biological hierarchyMarguet et al.Biology by design

35、:reduction and synthesis of cellular components and behaviour.J R Soc Interface,2007,4:607623目的：目的：将将生物系统的生物系统的合成与遗传合成与遗传线路的连接线路的连接工程化，与工程化，与集成电路的集成电路的制造方法一制造方法一样，先设计、样，先设计、再制造、再再制造、再设计。设计。Andrianantoandro et al.Synthetic biology:new engineering rules foran emerging discipline.Molecular Systems Biol

36、ogy，2006,114最终目的最终目的是通过这种是通过这种理性设计和理性设计和再设计的过再设计的过程，获得人程，获得人们所需要的们所需要的生物功能，生物功能，并通过实验并通过实验得以实现。得以实现。四、合成生物学的意义四、合成生物学的意义 需要需要工程化、标准化工程化、标准化的策略，加速生物学研究和应用进的策略，加速生物学研究和应用进程。将研究人员从日复一日的重复性操作中解脱出来。致力程。将研究人员从日复一日的重复性操作中解脱出来。致力于工程化自组装细胞装置，制作崭新的分子和生物系统，推于工程化自组装细胞装置，制作崭新的分子和生物系统，推进疾病诊断、药物学、基因编码功能及生物起源方面的研究。

37、进疾病诊断、药物学、基因编码功能及生物起源方面的研究。利用人工合成的生物系统利用人工合成的生物系统验证和深化验证和深化人类对于生物及生人类对于生物及生命的理解。命的理解。p“合成合成”将是将是“分析分析”的必要补充。的必要补充。p成功固然会帮助我们建立合成生物学的基本原则和生成功固然会帮助我们建立合成生物学的基本原则和生物系统的工程化技术；物系统的工程化技术；p失败也是人类的理解与自然生物本质间存在鸿沟的直失败也是人类的理解与自然生物本质间存在鸿沟的直接佐证。接佐证。四、合成生物学的意义四、合成生物学的意义三个三个工程化概念工程化概念五、合成生物学的工程本质五、合成生物学的工程本质 标准化（标

38、准化（standardizationstandardization）：）：建立生物功能的意义、建建立生物功能的意义、建立识别生物部件的方法及标准生物部件的注册登记。实现即立识别生物部件的方法及标准生物部件的注册登记。实现即插即用。插即用。New BioBrick vector parts.三个三个工程化概念工程化概念五、合成生物学的工程本质五、合成生物学的工程本质 解耦（解耦（decouplingdecoupling）：）：将复杂问题分解为简单问题、将将复杂问题分解为简单问题、将复杂系统分解为简单要素，在统一框架下分别设计。复杂系统分解为简单要素，在统一框架下分别设计。Two reresent

39、ative examples (1)building projects,which are often separated into architecture,engineering,construction,project management and inspection tasks.(2)very-large scale integrated(VLSI)electronics,which is an engineering technology that only became practical once rules were worked out to enable the sepa

40、ration of chip design from chip fabrication。三个三个工程化概念工程化概念五、合成生物学的工程本质五、合成生物学的工程本质 抽提（抽提（abstractionabstraction）：）：建立装置和模块的层次，允许不建立装置和模块的层次，允许不同层次间的分离和有限的信息交换、开发重新设计的简化装同层次间的分离和有限的信息交换、开发重新设计的简化装置和模块，构建具有统一接口的部件库等。置和模块，构建具有统一接口的部件库等。An abstraction hierarchy that supports the engineering of integrate

41、d genetic systemsEndy.Foundations for engineering biology.Nature,4 38(24):449-4536、合成生物学与相关生物科学、合成生物学与相关生物科学 与遗传工程的关系与遗传工程的关系个别外源基个别外源基因在宿主内因在宿主内的表达的表达从头设计和从头设计和构建自然界构建自然界不存在的人不存在的人工生物体系工生物体系对现对现有生有生物的物的重新重新设计设计与改与改造造遗传工程遗传工程合成生物学合成生物学6、合成生物学与相关生物科学、合成生物学与相关生物科学 与遗传工程的关系与遗传工程的关系使用较少使用较少数学工具数学工具广泛广泛使

42、用使用数学数学工具工具遗传工程遗传工程合成生物学合成生物学6、合成生物学与相关生物科学、合成生物学与相关生物科学 与遗传工程的关系与遗传工程的关系很少进行很少进行细胞网络细胞网络分析分析网络分析是网络分析是核心内容核心内容遗传工程遗传工程合成生物学合成生物学6、合成生物学与相关生物科学、合成生物学与相关生物科学 与分子生物学和细胞生物学的关系与分子生物学和细胞生物学的关系 分子生物学：分子生物学：通过对生物大分子的结构、功能和生物合通过对生物大分子的结构、功能和生物合成方面的研究阐明事生物现象的本质。成方面的研究阐明事生物现象的本质。细胞生物学细胞生物学：以细胞为研究对象，从细胞整体水平、亚：

43、以细胞为研究对象，从细胞整体水平、亚显微水平、分子水平三个层次，以动态的观点研究细胞与细显微水平、分子水平三个层次，以动态的观点研究细胞与细胞器的结构和功能、细胞的生物史和各种生物活动规律。胞器的结构和功能、细胞的生物史和各种生物活动规律。合成生物学合成生物学：利用分子生物学和细胞生物学的研究成果设：利用分子生物学和细胞生物学的研究成果设计构造新生物分子、遗传线路及细胞，验证分子和细胞生物计构造新生物分子、遗传线路及细胞，验证分子和细胞生物学理论。学理论。6、合成生物学与相关生物科学、合成生物学与相关生物科学 与分子生物学和细胞生物学的关系与分子生物学和细胞生物学的关系分子生分子生物学阐物学阐

44、明生命明生命现象现象细胞生细胞生物学阐物学阐明生物明生物活动规活动规律律合成生物学重视合成生物学重视重新设计与构建重新设计与构建6、合成生物学与相关生物科学、合成生物学与相关生物科学 与系统生物学和功能基因组学的关系与系统生物学和功能基因组学的关系系统生物学：系统生物学：在细胞、组织、器官和生物体在细胞、组织、器官和生物体整体水平整体水平研究研究生物分子及其相互作用，并通过计算生物学阐明和预测生物生物分子及其相互作用，并通过计算生物学阐明和预测生物系统的功能、表型和行为。系统的功能、表型和行为。合成生物学可以看做是系统生物学新出现的合理补充和合成生物学可以看做是系统生物学新出现的合理补充和验证

45、。验证。合成生物学的方法为系统生物学和功能基因组学提供将合成生物学的方法为系统生物学和功能基因组学提供将细胞作为系统的分析角度。细胞作为系统的分析角度。系统生物学和功能基因组学在生物系统进化方面的洞察力系统生物学和功能基因组学在生物系统进化方面的洞察力也是也是基因组水平合成生物学的基础基因组水平合成生物学的基础。6、合成生物学与相关生物科学、合成生物学与相关生物科学 系统生物学系统生物学 产品产品 基因组学基因组学 转录组学转录组学蛋白质组学蛋白质组学代谢组学代谢组学 生化反应生化反应系系统统生生物物学学6、合成生物学与相关生物科学、合成生物学与相关生物科学 Systems biology a

46、s a foundation for genome-scale synthetic biologySystems biology aims at the exploration of the nature of the cell on the basis of high-throughput experiments,reconstruction and integration of cellular systems,and modeling and simulation.Synthetic biology exploits cellular components and their cross

47、-interactions to redesign the cell and parts of it with novel and improved abilities.6、合成生物学与相关生物科学、合成生物学与相关生物科学 与生物信息学的关系与生物信息学的关系生物信息学：将计算机科学和数学应用于生物大分子信息生物信息学：将计算机科学和数学应用于生物大分子信息的获取、加工、存储、分类、检索。的获取、加工、存储、分类、检索。基因的分基因的分析与注释析与注释表达谱表达谱分析分析基因芯片基因芯片蛋白质结构蛋白质结构6、合成生物学与相关生物科学、合成生物学与相关生物科学 与生物信息学的关系与生物信息学

48、的关系生物信息学的发展推动合成生物学发展。生物信息学的发展推动合成生物学发展。computationally identified gene over-expression targets for isoprenoid precursor pathwayA.Boghigian et al.Comput tional identification of gene over-expression targetsfor metabolic engineering of taxadiene production.AMB,2012,93:2063-29736、合成生物学与相关生物科学、合成生物学与相关生

49、物科学 与生物信息学的关系与生物信息学的关系生物信息学的发展推动合成生物学发展。生物信息学的发展推动合成生物学发展。Specific taxadiene titer for the computationally identified targets combined withover-expression of idiA.Boghigian et al.Comput tional identification of gene over-expression targetsfor metabolic engineering of taxadiene production.AMB,2012,93:2063-2973