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《合成生物学》

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《合成生物学》是由化学工业出版社、中国生物工程学会及国投生物科技投资有限公司共同主办，化学工业出版社出版的我国目前唯一专注于合成生物学领域的中文科技期刊，《合成生物学》的前身是中国生物工程学会会刊《生...查看详情>>
  • 曾用名 生物产业技术；生物技术产业
  • 主办单位化学工业出版社有限公司;中国生物工程学会;国投生物科技投资有限公司
  • 国际标准连续出版物号2096-8280
  • 国内统一连续出版物号10-1687/Q
  • 出版周期双月刊
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放线菌聚酮类化合物生物合成体系重构研究进展 被引量：3
1
作者 谢皇 郑义蕾 +2 位作者 苏依婷 阮静怡 李永泉 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第3期612-630,共19页
放线菌因其丰富的次级代谢产物而成为候选药物发掘的宝贵资源库,其蕴含的活性化合物包含聚酮类、非核糖体肽类、氨基糖苷类、萜类等,其中聚酮类化合物占比最大。大环内酯是聚酮类化合物的典型,常常被用作抗生素、抗肿瘤剂、免疫抑制剂... 放线菌因其丰富的次级代谢产物而成为候选药物发掘的宝贵资源库,其蕴含的活性化合物包含聚酮类、非核糖体肽类、氨基糖苷类、萜类等,其中聚酮类化合物占比最大。大环内酯是聚酮类化合物的典型,常常被用作抗生素、抗肿瘤剂、免疫抑制剂、抗寄生虫剂等,具有重要的生物学意义。本文立足聚酮类大环内酯的生物合成过程,提出了从基因组重塑、调控通路重组、组合代谢工程及聚酮类化合物结构的衍生与多样化等多角度,实现放线菌聚酮类生物合成体系的优化,为工业规模生产聚酮类药物及其新型衍生物提供技术支撑。通过这种多维度的方法,结合最新的合成生物学使能技术,遵循绿色、环保、高效和可持续的策略,可以更有效地优化和增强放线菌中聚酮类化合物的生产,为未来药物的开发和生产提供新的可能性。 展开更多
关键词 放线菌 聚酮 菌种重构 产量 代谢工程 合成生物学
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一碳生物转化合成有机酸的研究进展 被引量：3
2
作者 禹伟 高教琪 周雍进 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第5期1169-1188,共20页
有机酸在食品、医药、化工、农业等领域有着广泛的应用。目前有机酸的生产主要以微生物发酵法为主,采用糖类为原料,然而长此以往可能面临“与人争粮”的困境。CO、CO_(2)、甲烷、甲醇和甲酸等含有一个碳原子的物质被称为一碳(one carbon... 有机酸在食品、医药、化工、农业等领域有着广泛的应用。目前有机酸的生产主要以微生物发酵法为主,采用糖类为原料,然而长此以往可能面临“与人争粮”的困境。CO、CO_(2)、甲烷、甲醇和甲酸等含有一个碳原子的物质被称为一碳(one carbon,C_(1))资源,其来源广泛且价格低廉,有望成为生物制造的替代原料,且C_(1)原料生物转化有助于缓解温室效应、助力“碳中和”目标。本文总结了近年来CO_(2)、甲烷和甲醇生物合成3种重要有机酸(3-羟基丙酸、乳酸、琥珀酸)的研究进展,主要论述了C_(1)生物利用途径、有机酸的生物合成途径以及代谢工程策略,也讨论了C_(1)合成有机酸的挑战及应对措施,并展望了有机酸产业化新路线,尤其是化学催化与生物转化耦合以CO_(2)为原料合成有机酸。本综述对于C_(1)生物炼制以及有机酸产业升级具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 C_(1)生物炼制 代谢工程 3-羟基丙酸 乳酸 琥珀酸
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DNA微阵列原位化学合成 被引量：4
3
作者 闫汉 肖鹏峰 +1 位作者 刘全俊 陆祖宏 《合成生物学》 CSCD 2021年第3期354-370,共17页
高通量、快速、低成本DNA合成是合成生物学、DNA信息存储以及DNA芯片等前沿科技领域的重要核心技术。DNA微阵列原位化学合成方法是在亚磷酸酰胺固相化学合成原理的基础上,整合了微电子学、计算科学、分子生物学、光电化学和微纳加工等... 高通量、快速、低成本DNA合成是合成生物学、DNA信息存储以及DNA芯片等前沿科技领域的重要核心技术。DNA微阵列原位化学合成方法是在亚磷酸酰胺固相化学合成原理的基础上,整合了微电子学、计算科学、分子生物学、光电化学和微纳加工等学科的相关技术,近30年来得到了迅速的发展和应用。DNA微阵列原位化学合成方法根据不同的碱基分配方式可以分为原位光刻法、光敏抗蚀层合成法、光致酸法、喷印合成法、软光刻合成法、电致酸法和压印法以及以这些技术为基础衍生的各种合成方法等。本文对上述不同的DNA微阵列原位化学合成方法及其技术特点进行阐述,并对未来DNA合成方法的发展趋势进行讨论和展望。合成通量和效率方面基于CMOS芯片的电致酸DNA原位化学合成技术在未来10年内将具备较大的发展空间,通过解决芯片上微电极间氢离子串扰问题,有望实现单片TB级的DNA快速低成本合成。 展开更多
关键词 合成生物学 DNA合成 DNA原位化学合成 微阵列 电致酸
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环脂肽生物合成的研究进展 被引量：3
4
作者 侯正杰 孙慧中 +3 位作者 白松 陈新月 曹春阳 程景胜 《合成生物学》 CSCD 2021年第4期577-597,共21页
环脂肽化合物是一类结构新颖的环状肽类,其两亲性的物化特性决定了其独特的生物活性,可作为抗生素、生物表面活性剂等。在生物防治、药物开发、环境修复和疾病治疗等方面广泛应用,具有迫切的市场需求和广阔的发展前景。环脂肽类天然产... 环脂肽化合物是一类结构新颖的环状肽类,其两亲性的物化特性决定了其独特的生物活性,可作为抗生素、生物表面活性剂等。在生物防治、药物开发、环境修复和疾病治疗等方面广泛应用,具有迫切的市场需求和广阔的发展前景。环脂肽类天然产物主要由非核糖体肽合成途径合成,由于环脂肽合成复杂的代谢网络和前体需求、专一且严格的合成途径、多种同系物的共存,制约着环脂肽合成的微生物开发和产品价值提升。本文主要介绍了来源于细菌界的环脂肽类物质的结构特性,非核糖体肽合成途径及非核糖体肽合成酶(non-ribosomal peptide synthetase,NRPS)的结构域特点,天然产物底盘菌株开发现状,通过基因工程、代谢工程方法进行同系物调控和生物合成策略,混菌对脂肽生物合成的影响,以及合成生物学在脂肽合成中的应用。随着合成生物技术的迅速发展和运用,环脂肽类天然产物的微生物合成也有望实现“质”和“量”的提升,以及促进新型脂肽的开发。 展开更多
关键词 环脂肽 非核糖体肽合成途径 NRPS 模块结构域 同系物调控 合成生物学
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合成生物学与食品制造 被引量：12
5
作者 刘延峰 周景文 +1 位作者 刘龙 陈坚 《合成生物学》 2020年第1期84-91,共8页
随着全球环境污染加剧、气候持续变化和人口不断增长,如何保障安全、营养和可持续的食品供给面临巨大挑战。这些挑战对未来食品供给方式和功能提出了新的要求。采用合成生物学技术,创建适用于食品工业的细胞工厂,将可再生原料转化为重... 随着全球环境污染加剧、气候持续变化和人口不断增长,如何保障安全、营养和可持续的食品供给面临巨大挑战。这些挑战对未来食品供给方式和功能提出了新的要求。采用合成生物学技术,创建适用于食品工业的细胞工厂,将可再生原料转化为重要食品组分、功能性食品添加剂和营养化学品是解决食品领域所面临问题的重要途径。本文首先介绍了合成生物学对食品制造领域创新和突破的重要性。其次,以基于合成生物学制造植物蛋白肉所需关键组分、黄酮类植物天然提取物和母乳寡糖这三种典型食品为例,探讨了目前食品合成生物学的任务与挑战。最后,对我国合成生物学与食品制造领域的发展趋势进行了总结和展望。通过加强食品合成生物学等具有重大意义的食品生物技术的开发和应用,开展新食品资源开发和高值利用、多样化食品生产方式变革、功能性食品添加剂和营养化学品制造,并率先实现产业化,将抢占世界科技的前沿和产业高地,造福人类。 展开更多
关键词 合成生物学 食品制造 人造食品 植物天然产物 母乳寡糖
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类器官技术与合成生物学协同研究进展 被引量：3
6
作者 陈子苓 向阳飞 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第4期795-812,共18页
类器官由成体干细胞或多能干细胞在体外分化而来,可以在细胞类型、空间结构及生理功能上实现对体内组织器官的模拟。类器官的构建及技术完善,推动了发育生物学、遗传学、病理毒理学等发展。合成生物学是一门多学科交叉的新兴学科,以工... 类器官由成体干细胞或多能干细胞在体外分化而来,可以在细胞类型、空间结构及生理功能上实现对体内组织器官的模拟。类器官的构建及技术完善,推动了发育生物学、遗传学、病理毒理学等发展。合成生物学是一门多学科交叉的新兴学科,以工程学思想为指导,旨在通过工程化、模块化的方法设计、改造、构建生物元件、系统、功能等。近年来类器官构建的优化方案体现了与合成生物学契合的研究理念,而合成生物学的发展及相关方法的产生也为类器官技术的发展起到了推动作用。本文将概述类器官和合成生物学的发展历程与面对的挑战,探讨类器官优化过程中合成生物学策略的体现与新兴的合成生物学工具对于类器官在时空命运调控、结构自组织及功能形成等方面的优化作用,简述基于类器官模型的研究对于合成生物学发展的促进作用。总的来说,本文旨在阐述合成生物学与类器官构建及优化之间相辅相成、互相促进的关系,并进一步探讨合成生物学与类器官在未来结合应用的潜力。 展开更多
关键词 细胞命运决定 CRISPR 类器官 器官芯片 合成生物学
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生物固碳:从自然生物到人工合成 被引量：6
7
作者 肖璐 李寅 《合成生物学》 CSCD 2022年第5期833-846,共14页
近年来,大气中二氧化碳浓度上升引起了气候变化等一系列环境问题,“碳中和”成为各国发展目标之一。实现碳中和,意味着要将空气中的二氧化碳固定下来,作为生产碳基化合物的原料。将二氧化碳转化为人类可以利用的有机物是利用二氧化碳的... 近年来,大气中二氧化碳浓度上升引起了气候变化等一系列环境问题,“碳中和”成为各国发展目标之一。实现碳中和,意味着要将空气中的二氧化碳固定下来,作为生产碳基化合物的原料。将二氧化碳转化为人类可以利用的有机物是利用二氧化碳的有效途径之一,这使得二氧化碳的生物固定和转化成为当前研究热点,重点聚焦在天然固碳途径的改造和人工固碳途径的设计合成。由于二氧化碳中的碳原子处于最高氧化态,二氧化碳还原成有机物需要能量输入,如何输入还原力和能量是决定生物固碳效率的关键因素。本文总结了近年来天然固碳途径改造、人工固碳途径设计合成方面取得的进展,对天然固碳途径和人工固碳途径进行了比较分析,并重点讨论了人工生物固碳过程中的还原力和能量输入问题,包括还原力、ATP等化学能、光能和电能等。最后,从途径和能量两方面分析了生物固碳面临的问题和发展趋势,并据此提出了一些可能的研究方向。 展开更多
关键词 生物固碳 天然固碳途径 人工固碳途径 能量 还原力
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《合成生物学》2021年第2卷文章索引
8
《合成生物学》 CSCD 2021年第6期1061-1063,共3页
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合成甲基营养细胞工厂同化甲醇的研究进展及未来展望 被引量：4
9
作者 张卉 袁姚梦 +2 位作者 张翀 杨松 邢新会 《合成生物学》 CSCD 2021年第2期222-233,共12页
甲醇具有来源广、易储存运输、原料价格竞争力强等优势,被视为极具潜力的生物制造非糖基碳源资源。常用的模式底盘微生物研究历史长、认知清楚、操作工具多,在工程化改造中具有显著优势。近年来,通过借鉴天然甲基营养型微生物的甲醇利... 甲醇具有来源广、易储存运输、原料价格竞争力强等优势,被视为极具潜力的生物制造非糖基碳源资源。常用的模式底盘微生物研究历史长、认知清楚、操作工具多,在工程化改造中具有显著优势。近年来,通过借鉴天然甲基营养型微生物的甲醇利用途径对模式底盘进行改造,获得具备高效利用甲醇能力的合成甲基营养细胞工厂的研究日益受到关注。本文系统综述合成甲基营养细胞工厂的甲醇氧化、同化基因及其调控元件,和以共用糖基碳源结合适应性进化策略为主的核酮糖单磷酸途径重构及甲醇同化途径设计构建的研究现状,进而结合合成甲基营养细胞工厂面临的挑战进行展望,提出基于全基因组靶向基因编辑技术结合实验室适应性进化策略构建更高效合成甲基营养细胞工厂的研究方向。 展开更多
关键词 甲醇 合成甲基营养细胞工厂 生物元件 核酮糖单磷酸途径 实验室适应性进化
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酿酒酵母基因组进化的研究进展 被引量：6
10
作者 夏思杨 江丽红 +3 位作者 蔡谨 黄磊 徐志南 连佳长 《合成生物学》 2020年第5期556-569,共14页
由于细胞代谢和调控网络的复杂性,尤其是对于多基因调控的复杂性状和遗传工具有限的生物系统而言,基因组进化在微生物细胞工厂的构建中起着至关重要的作用。基因组进化通过人为创造多样化性状以及功能筛选的迭代循环,在实验室中模拟且... 由于细胞代谢和调控网络的复杂性,尤其是对于多基因调控的复杂性状和遗传工具有限的生物系统而言,基因组进化在微生物细胞工厂的构建中起着至关重要的作用。基因组进化通过人为创造多样化性状以及功能筛选的迭代循环,在实验室中模拟且加速自然进化的过程,从而快速获得满足目标需求的进化突变体。酿酒酵母是代谢工程中重要的底盘细胞,全基因组进化是对其进行系统性改造的最有效合成生物学手段之一。本文总结了基因组进化在构建高效的酿酒酵母细胞工厂中的技术进展和应用,包括基因组改组、转座子插入诱变和全局转录机制工程(gTME)等基于随机突变的非理性基因组进化以及诸如酵母寡核苷酸介导的基因组工程(YOGE),真核基因组多重位点自动改造技术(eMAGE)、RNAi辅助的基因组进化方法(RAGE)以及基于CRISPR体系的基因组规模改造技术(CHAnGE、MAGIC和MAGESTIC)等可示踪的半理性基因组进化,并简要介绍了基因组进化面临的挑战和高通量筛选方法的发展前景。 展开更多
关键词 微生物细胞工厂 基因组进化 随机突变 可示踪基因组进化 酿酒酵母
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合成基因线路的工程化设计研究进展与展望 被引量：1
11
作者 高歌 边旗 王宝俊 《合成生物学》 北大核心 2025年第1期45-64,共20页
合成基因线路利用合成生物学的技术和方法,将生物元件进行重新设计与构建,使人工设计的生物分子线路在活细胞中行使特定生物功能,在生物制造、医疗健康以及环境监测等领域具有巨大的潜力。但其工程化设计仍受到各种因素的制约,包括正交... 合成基因线路利用合成生物学的技术和方法,将生物元件进行重新设计与构建,使人工设计的生物分子线路在活细胞中行使特定生物功能,在生物制造、医疗健康以及环境监测等领域具有巨大的潜力。但其工程化设计仍受到各种因素的制约,包括正交元器件数量有限、大规模线路组装困难、线路行为预测性低等。根据研究者们开发的各种调控元件工具箱和组装方法,本文逐点阐述了工程化设计基因线路所需遵循的几个核心原则:正交化、标准化、模块化与自动化。文章从DNA复制、转录和翻译层面介绍了正交基因元件库的构建和改造方法;全面总结了基因元件的标准化定量表征方法与标准元件设计方法;并介绍了本团队与其他团队在模块化基因线路设计方面的相关进展;分别从软件、硬件和人工智能角度展示如何实现基因线路的自动化设计。最后,本文探讨了基因线路设计的未来发展趋势,指出需要进一步融合人工智能和自动化等信息技术来加速基因线路“设计-构建-测试-学习”循环的迭代,提高线路设计的功能可预测性和复杂性,高效设计出符合目标需求的人造生命体。 展开更多
关键词 合成生物学 基因线路设计 正交化 标准化 模块化 自动化
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氨基酸衍生物在化妆品中的应用及其生物合成研究进展 被引量：1
12
作者 伊进行 唐宇琳 +3 位作者 李春雨 吴鹤云 马倩 谢希贤 《合成生物学》 北大核心 2025年第2期254-289,共36页
随着合成生物学的快速发展,氨基酸衍生物作为一类重要的化妆品原料,其生产方式正发生历史性革新。传统生产方法存在生产成本高、环境负担重、产品稳定性差等问题。运用合成生物技术设计构建微生物细胞工厂,不仅能有效提升目标产品生产... 随着合成生物学的快速发展,氨基酸衍生物作为一类重要的化妆品原料,其生产方式正发生历史性革新。传统生产方法存在生产成本高、环境负担重、产品稳定性差等问题。运用合成生物技术设计构建微生物细胞工厂,不仅能有效提升目标产品生产效率、降低成本,还能实现绿色生物制造,满足市场对天然、安全、功能性强化妆品原料的供应需求。本文介绍了氨基酸衍生物在化妆品中的应用,并对其生物合成策略进行了总结,从酶转化和微生物发酵两种主要的生物合成工艺入手,探讨了酶工程、理性代谢工程以及非理性筛选等策略在化妆品原料氨基酸衍生物细胞工厂构建中的应用,并进一步对化妆品原料氨基酸衍生物的生物合成研究进展与发展趋势进行了系统综述。在人工智能等前沿技术的赋能助力下,合成生物技术必将进一步推动化妆品原料高效绿色生物制造的革新进程。 展开更多
关键词 合成生物学 化妆品原料 酶转化 微生物发酵 绿色制造
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热纤梭菌在生物质能源开发中的合成生物学研究进展 被引量：5
13
作者 肖艳 刘亚君 +1 位作者 冯银刚 崔球 《合成生物学》 CSCD 2023年第6期1055-1081,共27页
农林废弃物、能源植物、微藻等生物质是唯一同时具备“能源”和“物质”双重属性的可再生资源,在替代不可再生的化石能源方面具有巨大的潜力。木质纤维素生物转化的核心之一在于高效生物催化剂的构建。热纤梭菌是高效降解木质纤维素的... 农林废弃物、能源植物、微藻等生物质是唯一同时具备“能源”和“物质”双重属性的可再生资源,在替代不可再生的化石能源方面具有巨大的潜力。木质纤维素生物转化的核心之一在于高效生物催化剂的构建。热纤梭菌是高效降解木质纤维素的嗜热厌氧菌,是多种木质纤维素生物转化策略的理想底盘菌株,在生物质能源开发中具有重要价值。经过近二十年的研究和开发,针对热纤梭菌已经建立了多种遗传改造技术,并构建了可以生产多种能源分子及化学品的热纤梭菌细胞工厂。本文首先介绍了热纤梭菌及其纤维素降解与利用特性,简述了热纤梭菌的系统生物学研究和遗传改造工具开发的现状,随后重点回顾和总结了热纤梭菌在生产乙醇、丁醇、异丁醇、氢气、乳酸、中/短链脂肪酸酯和可发酵糖等生物能源开发中的合成生物学研究进展。最后对热纤梭菌的合成生物学发展方向进行了展望,并强调了合成生物学技术在未来生物质能源开发中的重要作用。 展开更多
关键词 生物能源 热纤梭菌 纤维素 生物燃料 纤维小体
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基于合成受体的食品污染物生物检测进展 被引量：3
14
作者 胥欣欣 匡华 《合成生物学》 CSCD 2022年第2期399-414,共16页
在细胞生物学中,受体是指在细胞表面或细胞内任何能够与激素、药物、信号分子等配体结合,从而引起细胞功能变化的生物大分子。随着生物学的快速发展,各种天然的、非天然的化合物在细胞中的识别、转运等信号通路及分子作用机制已被逐渐... 在细胞生物学中,受体是指在细胞表面或细胞内任何能够与激素、药物、信号分子等配体结合,从而引起细胞功能变化的生物大分子。随着生物学的快速发展,各种天然的、非天然的化合物在细胞中的识别、转运等信号通路及分子作用机制已被逐渐解析。酶、离子通道、转运蛋白等生物靶标都可以归类为广义上的受体。类似于抗体-抗原,受体-配体反应同样具有高亲和力、高特异性和高饱和,在食品安全快速检测领域有一定的发展潜力。受体蛋白的定向进化设计、潜在受体的开发利用以及多学科技术的交叉互融是受体生物传感分析方法发展的巨大推动力。本文简单介绍了受体的分类以及受体-配体的关系,概述了合成生物学中不同底盘生物对受体蛋白量产化的偏好性,回顾了基于受体蛋白的筛查分析方法在食品安全检测相关领域的研究进展,如抗生素残留、农药残留、非法使用添加剂、生物毒素及生物性污染等。最后,探讨了受体结合测定法的优缺点,分析了目前基于受体的分析方法所面临的瓶颈问题和可能的解决方式,展望了合成受体在食品安全检测应用领域中的发展方向。 展开更多
关键词 合成生物学 受体蛋白 食品安全 污染物 检测分析
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微生物中一碳代谢网络构建的进展与挑战 被引量：8
15
作者 郭姝媛 吴良焕 +2 位作者 刘香健 王博 于涛 《合成生物学》 CSCD 2022年第1期116-137,共22页
利用来源广、价格低、易制备且储量丰富的一碳化合物作为底物,通过构建甲基营养型细胞工厂,生物合成多种高附加值化学品,不仅可以促进一碳资源的洁净利用,同时可以缓解能源短缺、环境污染等问题。因此,深入了解甲基营养型微生物(天然型... 利用来源广、价格低、易制备且储量丰富的一碳化合物作为底物,通过构建甲基营养型细胞工厂,生物合成多种高附加值化学品,不仅可以促进一碳资源的洁净利用,同时可以缓解能源短缺、环境污染等问题。因此,深入了解甲基营养型微生物(天然型和合成型)的一碳代谢网络,是高效利用一碳化合物进行生物炼制的关键。本文综述了多种一碳化合物(甲烷、甲醇、甲酸和二氧化碳)生物炼制的研究进展,主要包括两个部分:(1)甲基营养型微生物(天然型和合成型)的关键代谢酶及多种代谢网络;(2)基于多种甲基营养型微生物进行生物合成的研究现状。文章最后讨论了一碳化合物作为底物进行生物转化所面临的主要瓶颈,并据此提供可行的研究策略,以期推动一碳化合物作为原材料进行生物炼制的工业化进程。 展开更多
关键词 甲基营养型微生物 一碳代谢 一碳化合物 生物转化 代谢工程
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版权声明
16
《合成生物学》 北大核心 2025年第1期M0004-M0004,共1页
凡向本编辑部投稿,均视为同意将该论文(各种语言版本)的复制权、发行权、信息网络传播权、翻译权、汇编权在全世界范围内转让给《合成生物学》的主办单位化学工业出版社有限公司,所付稿酬包含网络出版稿酬。版权所有,未经许可,不得转载... 凡向本编辑部投稿,均视为同意将该论文(各种语言版本)的复制权、发行权、信息网络传播权、翻译权、汇编权在全世界范围内转让给《合成生物学》的主办单位化学工业出版社有限公司,所付稿酬包含网络出版稿酬。版权所有,未经许可,不得转载使用。 展开更多
关键词 化学工业出版社 视为同意 版权声明 网络出版 语言版本 合成生物学 翻译权 信息网络传播权
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拉曼光谱技术在单细胞表型检测与分选中的应用进展 被引量：4
17
作者 王喜先 孙晴 +2 位作者 刁志钿 徐健 马波 《合成生物学》 CSCD 2023年第1期204-224,共21页
基因组测序、编辑与合成技术日新月异,推动了基因型“设计”和“合成”能力的突飞猛进,同时也使人工细胞的表型检测成为合成生物学发展的瓶颈之一。对于细胞功能的快速测试与评价,单细胞分析技术具有重要意义与前景,但理想的解决方案需... 基因组测序、编辑与合成技术日新月异,推动了基因型“设计”和“合成”能力的突飞猛进,同时也使人工细胞的表型检测成为合成生物学发展的瓶颈之一。对于细胞功能的快速测试与评价,单细胞分析技术具有重要意义与前景,但理想的解决方案需要具备活体无损、非标记式、提供全景式表型、能分辨复杂功能、快速高通量且低成本、能与组学分析联动等特征。拉曼光谱技术具备上述所有特征,能够提供单细胞的化学成分组成及分子结构等信息,是一种高效的单细胞表型识别技术。本文首先概述了拉曼组概念和基于拉曼组的细胞功能表型识别,包括代谢产物定性和定量、底物代谢和互作表征、细胞种类和状态鉴定以及环境应激检测等;其次,根据拉曼信号的分类、拉曼信号检测模式和目标细胞分选策略,对现有的拉曼分选平台及其在细胞表型分选中的应用进行分析总结;最后,对单细胞拉曼光谱技术在合成细胞表型检测与分选面临的问题、潜在解决策略进行了探讨和展望。单细胞拉曼光谱技术不仅为细胞工厂的高通量、全景式表型检测与筛选提供了全新的解决方案,还将推动“单细胞精度的表型组-功能基因组”作为一种新的生物大数据类型,服务于“数据科学”驱动下的合成生物技术。 展开更多
关键词 合成生物学 拉曼光谱技术 细胞工厂 单细胞表型识别 高通量分选
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DNA信息存储:生命系统与信息系统的桥梁 被引量：8
18
作者 韩明哲 陈为刚 +2 位作者 宋理富 李炳志 元英进 《合成生物学》 CSCD 2021年第3期309-322,共14页
DNA信息存储通过编解码、合成、编辑和测序等过程,实现数字信息写入、存储与读出。其在密度、寿命、能耗和抗电磁干扰等方面较磁、光、电等常规的信息存储介质有较大优势。随着全球数据总量的快速增长,DNA信息存储的优势特性和发展潜力... DNA信息存储通过编解码、合成、编辑和测序等过程,实现数字信息写入、存储与读出。其在密度、寿命、能耗和抗电磁干扰等方面较磁、光、电等常规的信息存储介质有较大优势。随着全球数据总量的快速增长,DNA信息存储的优势特性和发展潜力受到了研究者的广泛关注。本文阐述了DNA信息存储的基本原理和技术流程,分析了DNA信息存储与生命系统和信息系统的关联,并依据读写技术特点归纳近年来涌现的“DNA硬盘”“DNA光盘”“DNA磁带”等几种主要模式、发展现状及技术路线。在此基础上,探讨DNA信息存储商业化、大规模应用面临的主要挑战,讨论更低成本的数据写入和更快速的数据读出,并指出可行的发展路线。最后,展望了DNA作为新型存储介质在现代存储系统中的发展演化趋势。 展开更多
关键词 合成生物学 数字信息存储 DNA合成 DNA测序 信息编码
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植物天然农药除虫菊酯的生物合成和应用研究进展 被引量：4
19
作者 王凤姣 徐海洋 +1 位作者 闫建斌 李伟 《合成生物学》 CSCD 2021年第5期751-763,共13页
利用生物底盘进行生物农药的绿色低耗能生产是合成生物学未来发展的重要方向。除虫菊酯是一种源自菊科植物除虫菊的天然高效杀虫剂,具有广谱和强力的杀虫和驱虫作用,相较于化学合成的类似物(拟除虫菊酯),对哺乳动物毒性小,无环境危害,... 利用生物底盘进行生物农药的绿色低耗能生产是合成生物学未来发展的重要方向。除虫菊酯是一种源自菊科植物除虫菊的天然高效杀虫剂,具有广谱和强力的杀虫和驱虫作用,相较于化学合成的类似物(拟除虫菊酯),对哺乳动物毒性小,无环境危害,是生物农药的最优选择之一,具有广阔的应用前景。天然除虫菊酯含有六种主要成分,由两种异型萜类酸配体和茉莉酸合成途径来源的三种醇配体缩合而成。本文总结了除虫菊酯的研究历程,重点介绍了其生物合成途径解析与生物制造等方面的进展,综述了近期解析的细胞色素P450等相关生物合成酶,并讨论除虫菊酯生产中涉及的调控、转运和底盘适配等尚待解决的问题。随着合成生物学技术的发展,利用已解析的代谢合成途径在微生物等底盘表达体系规模化生产除虫菊酯,能够为合成生物学生产绿色生物农药的科学理论与应用实践提供重要范例。 展开更多
关键词 合成生物学 生物农药 除虫菊酯 合成途径 异源表达
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噬菌体合成生物学研究进展和应用 被引量：10
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作者 袁盛建 马迎飞 《合成生物学》 2020年第6期635-655,共21页
噬菌体是地球上多样性最高和最丰富的生物体,也是合成生物学研究中重要的模式生物。噬菌体基因组相对较小,结构简单,是研究基本生命过程最简单的生物系统。通过对噬菌体基因组进行编辑,乃至重新设计、合成噬菌体基因组,获得具有新的功... 噬菌体是地球上多样性最高和最丰富的生物体,也是合成生物学研究中重要的模式生物。噬菌体基因组相对较小,结构简单,是研究基本生命过程最简单的生物系统。通过对噬菌体基因组进行编辑,乃至重新设计、合成噬菌体基因组,获得具有新的功能的噬菌体,是当前噬菌体合成生物学研究的重要内容。本文综述了当前合成生物学在解决天然噬菌体的基础研究和应用研究中的主要进展,如通过人工改造的噬菌体已成功用于提高噬菌体的侵染效率,调节噬菌体宿主范围,降低噬菌体毒性和免疫原性,提高给药后噬菌体存活周期,提高噬菌体对生物膜的降解等;此外,噬菌体展示、噬菌体辅助的持续进化和噬菌体介导的DNA转导等也成为合成生物学研究中强大的工具。总之,合成生物学的发展将为模块化设计噬菌体作为多功能生物制剂、控制多重耐药细菌、病原体检测、药物开发、菌群的调控、药物递送,甚至噬菌体纳米材料等铺平道路。 展开更多
关键词 噬菌体 合成生物学 人工合成基因组 噬菌体展示 诊断 噬菌体治疗
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