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科学通报
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夏建白

旬刊

0023-074X

csb@scichina.org

010-64036120

100717

北京东城区东黄城根北街16号

科学通报/Journal Chinese Science BulletinCSCD北大核心CSTPCDEISCI
查看更多>>《科学通报》创刊于1950年，是中国科学院主办、中国科学杂志社承办的自然科学综合性学术刊物，报道自然科学各学科基础理论和应用研究方面具有创新性和和高水平的、具有重要意义的最新研究成果，要求文章的可读性强，能在一个比较宽范的学术领域产生深刻的影响。我们的目标是：成为国内外读者了解中国乃至世界范围的自然科学各研究领域最新成果的主要窗口之一。《科学通报》进入了国际上主要检索系统，如CA，EI，日本《科技速报》和美国科学信息研究所（ISI）的以下系统：Science Citation Index(SCI-CDE)，SCISearch，Current Contents(PC&E)和Research Alert。
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    定量至简,工程至繁:定量工程生物学

    刘陈立汤超汤雷翰欧阳颀...
    261-263页
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    细菌种群迁移的时空动力学

    苏颖彤白阳祁飞张易...
    264-272页
    查看更多>>摘要：集群迁移是生物应对环境变化展现出的高度有序的集群行为.细菌的种群迁移涉及细胞个体的运动、细胞异质性、空间自组织机制等问题,是定量生物学研究领域重点的研究方向.近年来,研究人员利用数理模型、计算模拟的研究方法结合定量生物学实验研究细菌种群迁移的时空动力学过程,重点关注了集群协调个体行为的空间自组织策略、集群的代谢和生长周期性振荡、集群迁移速度和空间定植的定量关系等问题.本文对细菌种群迁移的研究进展进行概述,介绍细菌个体水平的随机运动和趋化运动,细菌种群趋化迁移和群集运动的模式,探讨细菌种群迁移的时空动力学的研究工作和定量合成生物学在细菌种群迁移研究的应用,并对该领域未来的研究方向和技术手段进行展望.

    集群行为种群迁移细菌运动时空动力学趋化性

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    合成微生物群落的构建与应用

    陈沫先韦中田亮谭扬...
    273-283页
    查看更多>>摘要：自然界中微生物群落的生态网络结构非常复杂,并且难以进行可重复、可控的扰动实验.在实验室里通过"自下而上"的方式构建起来的合成群落具有适中的复杂度和较高的可控性,可以作为数学模型和复杂生态系统研究之间的桥梁.合成微生物群落的研究方法遵循"设计-构建-测试-学习"为核心的合成生物学理念,以人工设计和构建的群落为实验对象,结合定量模型和基因组测序等组学技术,探索微生物生态学的基本规律.在应用方面,基于合成群落的研究对于如何控制和改造复杂的微生物生态系统具有重要的指导意义,目标是通过构建具有可控功能和稳定性的微生物群落来解决人体健康、农业和工业生产、环境治理等重要问题.

    合成微生物群落数学模型高通量测序相互作用

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    面向合成生物学的机器学习方法及应用

    胡如云张嵩亚蒙海林余函...
    284-299页
    查看更多>>摘要：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应用的几个模型及方法,如支持向量机、神经网络、生成式对抗网络、深度强化学习等.然后介绍机器学习方法在合成生物学领域的典型应用,如启动子预测、酶催化设计、代谢途径构建、基因线路设计等.本文综述面向合成生物学的机器学习方法及应用,并试图启发读者如何选择和设计机器学习方法用于合成生物学的研究.

    机器学习合成生物学生物元件设计生物网络设计

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    自动化合成生物技术与工程化设施平台

    唐婷付立豪郭二鹏张振坤...
    300-309页
    查看更多>>摘要：合成生物学采用工程化设计理念,对生物体进行有目标的设计、改造,甚至从头合成具有特定功能的"人造生命",用于探索生命活动规律和进行生物技术创新.由于生命系统高度复杂,人工设计的合成生命体很难完全按照预期工作,往往需要长时间的反复调谐.目前,"试错"过程主要依靠研究者手动完成,存在通量低、重复性差、迭代慢等局限.针对这一难题,自动化合成生物技术通过低成本、多循环地完成海量工程试错性实验,提高研究通量和效率,大幅增加实验设计的复杂度和系统性,从而快速实现特定功能,揭示人工生命体的设计原理.近年来,在合成生物学"设计-构建-测试-学习"的各个研究环节,自动化技术正在以前所未有的速度加速发展.与此对应,在全球范围内已建成或在建多个大型工程化平台,用于支撑相关研究和应用.本文旨在对自动合成生物技术的关键要素进行总结,并对合成生物研究基础设施的发展情况和未来方向进行讨论.

    合成生物学自动化高通量生物铸造厂云端实验室DNA组装

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    代谢工程改造酿酒酵母底盘细胞

    张云丰何丹卢欢黄建东...
    310-318页
    查看更多>>摘要：酿酒酵母是合成多种天然产物的微生物细胞工厂,合理利用酿酒酵母底盘细胞内源的代谢途径可生产高附加值的生物医药、食品保健和精细化学品类产物.如何精细调控和优化酿酒酵母胞内代谢流是实现目标化学物高产量、高产率和高转化的关键问题.乙酰辅酶A是中心代谢和天然产物合成的基本前体,精细调控乙酰辅酶A的合成是实现目标化合物高产的重要策略;改造酿酒酵母的甲羟戊酸途径,引入外源途径酶,表达萜类合成酶生产不同种类的萜类化合物;优化脂肪酸合成途径合成特定链长的脂肪酸及脂肪酸衍生物.本文总结了强化酿酒酵母中乙酰辅酶A积累的代谢工程策略,重构甲羟戊酸途径、脂肪酸途径从头合成天然萜类化合物和脂肪酸衍生物的研究进展,为利用酿酒酵母底盘细胞生产天然产物的相关研究提供代谢工程改造策略.

    酿酒酵母合成生物学乙酰辅酶A萜类脂肪酸

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    肿瘤微环境中的定量工程生物学

    马文涛魏婷傅雄飞李雪飞...
    319-328页
    查看更多>>摘要：定量工程生物学在定量刻画肿瘤微环境方面起到了重要的作用,也推动了肿瘤免疫疗法的机制研究.然而在肿瘤免疫治疗的临床应用中,大部分病人对免疫治疗无响应.因此,免疫治疗的响应机制是研究肿瘤免疫疗法的重点和难点.其中,肿瘤微环境被认为是该研究领域的重要突破口之一.针对肿瘤微环境的定量测量与定量数据分析对肿瘤免疫疗法的机制研究产生积极而深远的影响.例如:利用定量生物学手段解析肿瘤微环境中的细胞种类、基因和蛋白的表达、各种细胞的空间位置、物理和化学因素、细胞外基质等,并建立这些因素与肿瘤免疫疗法效果之间的定量关系;运用工程生物学手段开发嵌合抗原受体T细胞、T细胞受体工程T细胞、树突状细胞疫苗等免疫疗法.本文将主要介绍定量测量方法在肿瘤微环境前沿研究领域内的应用,以及工程生物学在肿瘤的细胞免疫治疗中改造肿瘤微环境的应用.

    定量生物学工程生物学肿瘤免疫治疗肿瘤微环境

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    定量与工程生物学在mRNA基因疗法中的应用

    向虹柯磊阳小胡郭健敏...
    329-340页
    查看更多>>摘要：信使RNA(messengerRNA,mRNA)作为基因信息的瞬时载体,是一种多功能、灵活及安全的基因治疗手段,但由于mRNA分子的不稳定性和免疫原性,这种基因疗法最初并没有得到普及.在过去几十年里,定量与工程生物学学科交叉融合使得以mRNA为基础的基因治疗方法逐渐从概念验证阶段走向临床治疗阶段.本文从mRNA的功能结构、体外合成mRNA的设计和技术创新等方面阐述了定量与工程生物学在mRNA基因治疗中的应用.借助一些实验室和临床应用案例展示了定量与工程生物学方法指导mRNA药物设计,解决当代医疗问题.有效的工程设计方法将有助于针对各种适应证和遗传背景建立精准的mRNA基因治疗平台.目前,尽管基于mRNA的基因治疗方法在大多数适应证中仍处于预临床阶段,但各种工程与定量生物设计方法的积累可能会为新一代mRNA基因疗法拓宽道路.

    定量生物学合成生物学化学修饰mRNA基因治疗

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    合成生物学在活体功能材料构建上的应用

    张曦李鹏程黄建东戴卓君...
    341-346页
    查看更多>>摘要：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.

    合成生物学活体功能材料基因线路生物材料

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    以非天然核酸为遗传物质的人工生命构建

    白艳芬聂朋熊成鹤温骏林...
    347-355页
    查看更多>>摘要：合成生物学/工程生物学通过设计、搭建生物部件甚至生物系统来构建具有新功能的人工生命.其研究内容主要分为3个层次:(1)将现有的天然生物模块进行设计和组装,构建不同于天然存在的调控网络,从而实现新功能;(2)通过人工基因组DNA的全合成进行新生命的构建;(3)通过化学合成部件(修饰核酸、蛋白质、脂类等)创建全新的生物系统乃至生命体.第3个层次的研究也称为化学合成生物学,本文主要集中讨论化学合成生物学中将非天然核酸替代DNA作为遗传物质从而构建人工生命的研究,简要介绍了非天然核酸化学修饰对其遗传物质功能的影响,及以其为基础的人工生命构建的研究现状.这将为我们探讨生命起源、进化甚至外星生命等问题提供新的思路.

    合成生物学非天然核酸遗传物质人工生命新生命形式

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