合成生物学研究.ppt

食观要物学的研究进 展 及其能原开发和药物 研中的座元  合成生物学 定义:指人们将“基因”连接成网络,让 细胞来完成设计人员设想的各种任务。 说明:与传统生物学通过解剖生命体以硬 究其内在构造的办法不同,合成生物学的 研究方向完全是相反的,它是从最基本的 要素开始一步步建立零部件。  合羧生 的研展 1.劲能回路 ·2.细菌胶片 3.药物合成 4.人工合成基因组  功能回路设计 利用生物系统中的基本组件(基因 蛋白质等)合成出具有一些特定生 物学功能的回路,并在细菌中成功 设计了第一个基因电路—周期振荡 器。已在酵母和哺乳动物中获得成 功  细菌成片 °两个关键词: 大肠杆菌(与人类共生的最常见细菌, 会引起食物中毒和腹泻) °光敏色素(结合在植物和一些细菌的 细胞膜上的光受体,是一种蛋质 联系:大肠杆菌没有这种鱼素  细菌胶片 2005年,美国加州大学的沃伊特(G. Voigt)研究组 及其合作了一个能感光的细菌基因回路,利用遗传工程 方法将其引人大肠杆菌,使改造的大肠杆菌能够感光 并且在感光后分泌化学物质,这样的大肠杆菌菌落暴 露在光照下具有胶片的功能,能产生高清晰度的化学图 像。研究者利用蓝藻的植物色素胞外感光模块与大肠杆 菌Envz0mR双成分系统的胞内组氨酸激酶信号区构造了 个蛋白嵌合体作为光受体,在黑暗中时磷酸化的 ompR转录因子对目标启动子进行调控,诱导基因LacZ 表达,最终生成黑色产物,即输出黑色信号:而暴露在 光照下时,则输出白色信号。每一个具有感光及色素 成基因回路的大肠杆菌都可成为照片上的像素点。  药物合成 在简单生物,比如大肠杆菌和酿酒酵 中,可以设计代谢途径和模块组成 的生物级链来改变正常的细胞代谢, 从而产生一些非天然的代谢物或使合 成转向人们感兴趣的代谢物。这些代 谢物可能是目标物质,也可能是中间 体  人工合成基因组 2008年,美国诺贝尔医学奖获得者汉密尔顿·史密斯 ( Hamilton Smith)等人在《科学》上发表了世界上第 个完全由人工化学合成、组装的细菌基因组的文章。 2009年8月,他们又成功地将该基因组转入到 Mycoplasma genitalium宿主细胞中,获得了具有生存能 力的新菌株。该研究使人工合成生命这一合成生物学终极 目标取得了历史性突破,为创造可用于生产药物、生物 燃料、清理毒性废物等方面的人工基因组奠定了基础 2010年5月,克雷格·文特尔研究所首次创造了 完全由人造基因指令控制的人造细胞。  合成生物学在能源开发及药物研究 中的应用  发的应用 的生物合成 2.物柴油的合成