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合成生物学
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合成生物学/Journal Synthetic Biology JournalCSCDCSTPCD北大核心
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    功能性菌群构建的研究进展

    黄佳城张瑷珲付友思方柏山...
    155-167页
    查看更多>>摘要：功能性菌群构建作为一个新兴的研究方向,随着合成生物学、微生物组学技术的发展,逐渐成为研究热点.本文将从以下4个方面介绍功能性菌群的研究进展.第一,功能性菌群研究的初衷及其相对于单一生物体工程的优势和设计难点;第二,功能性菌群研究中自下而上(bottom-up)和自上而下(top-down)的设计策略;第三,功能性菌群的分析工具,包括"宏组学"和"多组学联用"手段以及相关的数据处理流程和软件.第四,分别从设计策略和分析工具方面出发,总结了功能性菌群构建过程中的主要挑战,并展望了未来以"智能设计"为核心的发展方向:①利用可解释的时空数据模型解析区域范围内功能性菌群的时空变化关系;②结合图神经网络与多模态学习方法建立多组学群落分析流程;③通过强化学习设计功能性菌群内分布式代谢回路.

    功能性菌群自下而上自上而下宏组学多组学智能设计

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    微生物细胞工厂合成五环三萜皂苷类化合物

    任师超孙秋艳冯旭东李春...
    168-183页
    查看更多>>摘要：五环三萜皂苷类化合物具有丰富的药理、生理活性,广泛应用于医药、功能食品、保健品、化妆品等领域.目前五环三萜皂苷类化合物的主要获取方式是植物提取,随着合成生物学的发展,利用微生物细胞工厂合成植物天然产物逐渐成为研究热点,它具有生产周期短、工艺简单、环境友好、条件温和等优势,是未来的发展方向.本文结合五环三萜皂苷类化合物的来源及其天然合成途径,综述了典型五环三萜皂苷类化合物的分类、功能活性、结构特点及目前利用微生物细胞工厂合成五环三萜皂苷类化合物的研究现状;分析了部分五环三萜皂苷类化合物合成途径当中的未解析的关键修饰位点及关键酶,并结合已报道的体内、体外研究,对部分未知途径当中催化母核形成苷元的P450酶以及对苷元进行糖基化修饰的糖基转移酶进行了合理预测;结合当前研究现状分析、总结、归纳了利用微生物细胞工厂合成五环三萜皂苷类化合物存在的主要瓶颈,讨论了现阶段工业化生产现状及利用生物合成进行工业化生产所面临的挑战,为高效合成五环三萜皂苷类天然产物的微生物细胞工厂构建提供了理论支持和新思路.

    合成生物学五环三萜皂苷微生物细胞工厂糖基化修饰合成途径

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    合成生物研究重大科技基础设施概述

    张亭冷梦甜金帆袁海...
    184-194页
    查看更多>>摘要：合成生物学研究中,海量的工程化试错实验远远超出传统的劳动密集型研究范式的能力范畴,故建立一个可以实现生命体工程化大批量合成的合成生物学研究平台迫在眉睫.然而目前国内外已建成的工程化平台只能基于少数孤立设备或功能岛实现部分流程,不能满足合成生物学全生命周期的研究需求.基于此背景,在国家、省市相关部门的大力支持下,由中国科学院深圳先进技术研究院牵头建设的"合成生物研究重大科技基础设施",目前已完成全部立项程序,进入全面实施建设阶段,预计于2023年开展试运营和验收工作.本文将从建设背景、过程、内容、目标和特色等方面对合成生物研究重大科技基础设施进行介绍.设施工程一期将重点搭建"设计学习"、"合成测试"和"用户检测"三大平台,二期拟建设医学转化平台.合成生物大设施主要围绕自动化合成生物技术,以合成生物学基础研究为理论基础,把自动化工业发展过程中的智能制造、智能工厂理念引入到合成生物学研究中,实现生命体工程化大批量合成.通过建立基于信息管理系统的智能生产单元,快速、低成本、多循环地完成"设计-构建-测试-学习"的闭环,实现理性可预测的设计合成,达成合成生命体的远程定制、异地设计和规模经济生产等目标.同时将信息技术与生物技术交叉融合,发展出适用于自动化、高通量设备平台的标准化实验方法、算法和流程,以期推动合成生物研究过程和工作流程的标准化,进而推动我国合成生物研究水平的提升,成为行业标杆,领跑国际.此外,合成生物大设施还将催动基础研究的原创突破及学科之间的交叉融合,助力生命科学研究实现跨越式发展.

    合成生物学工程化平台合成生物学自动化平台重大科技基础设施

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    小型集成化自动移液工作站系统及应用

    褚亚东赵宗保
    195-208页
    查看更多>>摘要：现代生物技术、合成生物学和化学生物学研究中经常需要处理大量样本,对通量、精准度和时效性有很高要求.手动液体分装、转移和分发等操作不仅给科研人员带来很大工作负荷,还是导致实验误差和效率低下的重要原因.搭建以移液工作站为核心的小型集成化自动移液工作站系统,整合必要的外围设备,并通过软件和人机交互界面协调各个设备运行,可用于完成大量耗费人力的工作,提高工作效率和科研数据质量.本文结合研究团队所搭建的自动移液工作站系统,介绍了集成化移液工作站系统的主要组成,分享其在菌株及培养基评价、酶的定向进化筛选、自动诱导表达及粗酶液制备、酶联免疫吸附筛选、高通量质粒提取等方面的应用,并对集成化移液工作站系统的不足和购置及使用中的注意事项做了简要说明.预计集成化移液工作站系统将在国内高校和科研院所得到越来越普遍的应用,但还需要加大研发投入,从硬件、软件、人才、多学科交叉等多方面入手,共同推动国产实验室自动化设备进步.希望能为科研人员今后设计和添置类似的集成化移液工作站系统提供参考.

    移液工作站合成生物学自动化集成化

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    细胞培养肉商业化的法律规范与监管:外国经验及对我国启示

    李玉娟傅雄飞杜立
    209-223页
    查看更多>>摘要：细胞培养肉有望改进当前肉类生产体系,缓解未来粮食资源短缺、公共卫生及动物福利等问题.无论是在研究领域还是在产业市场,细胞培养肉已成为当前热点.欧美国家纷纷启动相关战略部署,大力推动细胞培养肉的发展.然而,细胞培养肉的研发与商业化过程对现行相关法律规范与监管制度带来挑战.欧盟、美国及新加坡等国家及地区积极探寻细胞培养肉在法律规范与监管制度方面的完善与更新.2020年,新加坡更是率先批准细胞培养肉产品入市并发布具体监管措施.我国细胞培养肉在生产技术研发方面已不断取得突破,但在法律规范与监管制度方面的研究探讨相对不足.在此背景下,本文结合细胞培养肉的研究进展与发展现状,重点考察欧美及新加坡细胞培养肉商业化相关法律规范,识别法律法规挑战,并为我国细胞培养肉的研发与商业化法律规范、监管制度建设提供建议.

    细胞培养肉商业化法律规范法律挑战法律对策

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    美德伦理视角下的合成生物学技术伦理治理

    郭思敏叶斌徐飞
    224-237页
    查看更多>>摘要：当前针对合成生物学技术的伦理治理已取得初步进展,基于后果主义和义务论的合成生物学伦理研究分别从事先规则制定和事后价值评估的角度为合成生物学技术的伦理治理提供了参考,但由于该技术的不确定性特质,已有的伦理治理方案依然在不同程度上面临科林格里奇困境.本研究认为,还应当寻求一条连接前者和后者,能够贯穿整个合成生物学研究过程的伦理治理路径.合成生物学科研人员作为唯一贯穿技术立项、研究及应用全过程的科研主体,对技术发展中的风险决策以及产品构建等都具有主导性影响.本文认为厘清以合成生物学科研人员为对象的伦理规范,将对当前的合成生物学技术治理研究构成有益补充,有效促进该技术的正向发展.为此,文章首先论证合成生物学科研人员伦理道德水平对技术发展与应用的巨大影响;其次讨论已有合成生物学科研人员伦理理论与规范,分析其在实践及理论上的困境;最后,引入美德伦理学视角,从理论角度探讨美德伦理学对合成生物学科研人员伦理规范的指导意义,并在此基础上尝试提出基于美德伦理和生物安全协同共治的合成生物学技术伦理综合治理建议.

    合成生物学美德伦理科研人员美德教育

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    ExoCET-BAC策略高效抓取和组装高AT含量基因组大片段

    姜婵娟崔天琦孙洪娈焦念志...
    238-251页
    查看更多>>摘要：基因克隆是解析基因功能的重要手段,但仍有很多基因难以克隆,比如高AT含量(>60％)基因组来源的DNA.ExoCET克隆技术通过联合核酸外切酶介导的体外同源重组和大肠杆菌RecET重组酶介导的细胞内同源重组,不仅能从微生物基因组中靶向抓取>100 kb的大片段,而且能高效组装>13个DNA片段,是基因克隆的有力工具,迄今未有利用ExoCET技术从AT含量>63％的基因组克隆大片段的报道.本研究以AT含量为69％的海洋单细胞光合蓝细菌原绿球藻MIT 9301菌株的基因组为研究对象,探究了利用ExoCET技术进行高AT含量基因组大片段克隆的最佳条件.结果显示:①在核酸外切酶介导的体外同源重组时使用Gibson体系较T4聚合酶体系能获得更高的克隆效率;②载体应选择单拷贝的细菌人工染色体(BAC),多拷贝质粒载体会导致克隆失败;③ExoCET可以从原绿球藻基因组上抓取>80 kb的大片段,并且能以100％的正确率组装11个3 kb的DNA片段;④可以一步同时抓取4个7～20 kb的基因组大片段.大规模基因组测序显示高AT含量生物占比超过30％,该研究建立的ExoCET-BAC策略将为高AT含量生物的基因组功能研究提供高效使能技术.

    难克隆DNA高AT含量基因组同源重组直接克隆DNA组装ExoCET

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    征稿简则

    封3页
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