合成生物学：理论、方法与应用

合成生物学研究的技术方法和工具手段，可以突破生命自然进化的限制，有望引领生命科学研究的未来，具有广阔的应用前景。2004年，合成生物学被评为改变世界的十大新技术之一，2014年，又被美国国防部列为“21世纪优先发展的六大颠覆性技术之一”。近年来，我国也日益重视合成生物学领域的研究和人才培养。
　　《合成生物学：理论、方法与应用》共九章。**章合成生物学概述和第二章合成生物学的学科基础，介绍了合成生物学的发展历程，与分子生物学、基因工程等相关学科的联系，使读者对合成生物学有一个全面的认识；第三至八章分别介绍了合成生物系统的底盘、基因表达调控、生物砖、逻辑门、合成受体和基因线路设计，帮助读者理解合成生物系统设计的工程化理念、原理策略和常用技术方法；第九章合成生物学应用，介绍了合成生物学在民用领域和军事领域的典型应用。

适读人群 ：可供从事合成生物学研究与教学的人员参考，也可作为普通高等院校医学、生命科学、生物医学工程等相关专业本科生及研究生的参考用书。

本书试图从一个初学者的角度去解释合成生物学的内涵，旨在帮助合成生物学爱好者读懂基因机器的语言，了解基因线路的工作原理，理解基因元件的特性，为下一步深入学习乃至能够动手理性设计具有特定功能的生物体打下基础。

目录
**章 合成生物学概述 1
**节 合成生物学的起源与发展 1
一、合成生物学的起源 1
二、合成生物学的诞生 2
三、合成生物学的发展 3
四、合成生物学发展中的重要里程碑 5
五、我国合成生物学的发展 8
第二节 合成生物学的定义和内涵 9
一、合成生物学的定义 9
二、合成生物学的内涵 9
第三节 合成生物学面临的问题 11
一、生物武器威胁 11
二、生物恐怖主义和生物犯罪威胁 12
三、网络生物安全威胁 14
四、生物黑客 15
五、生态环境问题 16
六、伦理问题 17
参考文献 18
第二章 合成生物学的学科基础 21
**节 合成生物学与分子生物学 21
一、分子生物学对合成生物学的影响 21
二、合成生物学中的分子生物学要素 22
第二节 合成生物学与系统生物学 30
一、系统生物学对合成生物学的影响 30
二、合成生物学中的系统生物学要素 31
第三节 合成生物学与电子工程学 34
一、电子工程学对合成生物学的影响 34
二、合成生物学中的电子工程学要素 35
第四节 合成生物学与基因工程 36
一、基因工程对合成生物学的影响 36
二、合成生物学中的基因工程要素 37
第五节 合成生物学与代谢工程 46
一、代谢工程对合成生物学的影响 46
二、合成生物学中的代谢工程要素 47
参考文献 50
第三章 合成生物系统的底盘 52
**节 底盘与底盘细胞 52
一、底盘的概念 52
二、常用的底盘细胞 52
第二节 底盘工程技术 55
一、工程化天然微生物 55
二、基因组精简优化的微生物底盘 56
三、全合成底盘 57
第三节 基因线路导入底盘细胞的方法 58
一、导入大肠杆菌 59
二、导入动物细胞 59
三、导入酵母细胞 60
参考文献 60
第四章 合成生物系统的基因表达调控 62
**节 基因表达调控的基本概念 62
第二节 基因表达调控过程 64
一、DNA复制与调控 64
二、转录与转录调控 65
三、翻译及翻译调控 68
第三节 基因表达调控对象 70
一、启动子 70
二、操纵子 78
三、增强子 80
四、沉默子 81
五、弱化子 82
六、绝缘子 85
第四节 基因表达调控策略 85
一、基于启动子和终止子的调控 85
二、基于DNA结合蛋白的调控 87
三、基于RNA的调控 87
四、基于重组酶的调控 114
五、基于CRISPR-Cas系统的调控 121
六、基于细菌双组分信号转导系统的调控 132
参考文献 136
第五章 生物砖 139
**节 生物砖简介 139
一、生物砖起源 139
二、生物砖标准 139
三、生物砖术语 140
第二节 生物砖3A拼接 142
一、3A拼接简介 142
二、3A拼接原理 143
三、3A拼接标准 145
第三节 生物砖类型 149
一、启动子 149
二、核糖体结合位点 151
三、蛋白质编码序列 152
四、终止子 154
五、质粒骨架 155
第四节 生物砖管理 157
一、查看组件 157
二、提交组件 160
三、编辑组件 161
第六章 合成生物系统中的逻辑门 164
一、基本概念 164
二、非门 165
三、与门 166
四、或门 168
五、与非门 169
六、或非门 171
七、异或门 172
参考文献 174
第七章 合成受体 175
**节 受体和配体 175
一、受体和配体的概念 175
二、天然受体的分类 176
第二节 用于检测细胞表面结合分子的合成受体 186
一、嵌合抗原受体与SynNotch受体 186
二、用于检测可溶性分子的受体 193
参考文献 198
第八章 基因线路设计 200
**节 基因线路设计的工程化理念 200
一、研究策略 200
二、研究范式 200
三、设计原则 204
第二节 基因线路的结构 205
一、基本结构 205
二、级联 206
三、反馈 209
四、前馈 212
第三节 影响基因线路的因素 215
一、元件因素 215
二、线路因素 216
三、底盘因素 216
第四节 **基因线路 217
一、双稳态开关 217
二、振荡线路 219
三、群体感应线路 222
四、细胞成像线路 224
五、计数器 227
六、放大器 230
七、细胞分类器 232
八、基因计算线路 233
参考文献 236
第九章 合成生物学应用 238
**节 合成生物学在民用领域的应用 238
一、绿色生物制造 238
二、食品生产 240
三、环境治理 242
四、药物筛选 244
五、传染病防治 245
六、癌症治疗 249
七、生物医药制造 255
八、农业生产 258
九、其他应用 261
第二节 合成生物学在军事领域中的应用 264
一、军用医药开发 264
二、军用能源 265
三、军用材料 266
四、军用生物传感器 266
参考文献 267