导图1

合成生物学导论、遗传线路是由各种调节元件和被调节的基因组合成的遗传装置，可以在给定条件下可调、可定时定量地表达基因产物。 目前遗传线路的功能主要可以分为两大类： 逻辑基因线路和其他功能遗传线路。

合成生物学

• 第一章 绪论
  • 定义
    • 1.设计制造新的生物部件、装置和系统 2.重新设计已有的天然生物系统为人类的特殊目的服务
  • 研究内容：工程化的功能模块、接口、开发平台、调控和 通讯系统、功能模块的仿真、预测算法和软件
    • 生物大分子的合成与模块化
      • 蛋白质的工程化改造与模块化
        • DNA结合蛋白的锌指结构：锌指蛋白、甾类受体 计算化学指导突变 获得具有崭新功能的蛋白质、改变和构造信号通路
      • 核酸分子的人工合成
        • 即合成基因：可以重新设计目标基因序列、编码区域及调控序列、构建特别的基因簇、可扩展性 DNA从头合成技术：短链片段、寡核苷酸拼接成长DNA片段 新的遗传物质：合成新的碱基
    • 2.生物基因组的合成、简化与重构
      • 人工合成生物全基因组
      • 生物基因组的简化和重构
        • 最小基因组 必需基因
    • 3.合成代谢网络
      • 目前主要是利用转录和翻译控制单元调控酶的表达，以合成或分解代谢物。
    • 4.遗传/基因线路的设计与构建
      • 遗传线路是由各种调节元件和被调节的基因组合成的遗传装置，可以在给定条件下可调、可定时定量地表达基因产物。 目前遗传线路的功能主要可以分为两大类： 逻辑基因线路和其他功能遗传线路。
    • 5.细胞群体系统及多细胞系统研究:群体感应机制
    • 6.数字模拟和功能预测。
  • 合成生物学的工程本质
    • 研究策略
      • 自上而下
      • 自下而上
      • 1.标准化 2.解耦 3.抽提
• 第二章：合成生物系统的设计
  • 合成生物系统的模块化与层次化结构
    • 合成生物学的模块化设计
      • 模块设计的3个特征因素
        • 1.信息隐藏：相对非必要信息锁定，不会产生干扰 2.内聚-耦合：模块内各成分间相关联、各模块间相互依赖，两者通常成负相关，模 块设计通常追求强内聚、弱耦合 3.封闭性-开放性：既对外界干扰信息绝缘，又具有可扩充性
      • 细胞本底环境对模块化设计的影响
        • 模块的功能不仅取决于它的组分装置和连接性，也取决于其运行的细胞本底环境。
      • 无细胞合成生物系统
    • 标准化生物模块——生物积块 （经过标准化处理，具有标准的酶切位点。 ）
      • 优点
      • BioBrick的命名规则
      • BioBrick的连接
        • 具有相同的前缀后缀，可以通过限制性核酸内切酶和连接酶进行组合
    • 标准定量机制。
      • PoPS
        • 衡量基因的被转录水平，每秒钟通过DNA某一位点的RNA聚合酶位点
      • RIPS
        • 衡量mRNA的翻译数量，指通过某一mRNA分子某一位点的核糖体数量
    • 生物系统的层次化结构
      • 生物部件Part：具有一定功能的DNA序列
        • 启动子promoter RBS核糖体结合位点 终止子terminator 操纵子：基因表达调节装置
      • 生物装置Device：不同功能的基因不见按照一定的逻辑和物理连接组成Device
        • 报告基因 转换器 信号传导装置 蛋白质生成装置
      • 生物系统System：不同的Device协同运作组成System
      • 生物群体系统和多细胞结构
        • 群体感应
  • 合成生物系统的逻辑拓扑结构
    • 串联
    • 单输入
    • 多输入
    • 反馈
    • 前馈
• 第五章 合成生物学的应用研究
  • 维护人类健康
    • 研究疾病机理
    • 发现新药
    • 治疗与预防疾病
  • 生产生物能源
  • 用于环境治理
    • 检测砷离子
  • 其他方面
    • 大肠肝菌成像系统
    • 微生物计算系统
• 第四章 合成生物学的基础研究
  • 模拟逻辑功能的基础研究
    • 逻辑门功能遗传线路
      • 与门：有到无与激活因子同时存在激活RNA酶的转录
    • 基因调控开关
      • 转换开关 ：输出是输入的函数，且输出与输入成负相关
      • 双相开关：对某个生我过程既有正调控又有负调控
      • Riboswitch：通过改变核糖核酸的构象来实现开关功能，阻止或开启目的蛋白的合成
      • 双稳态开关：通过人为调控实现基因线路在两种不同稳定状态间的切换
    • Represilator ：基因振荡是一种基因调控机制，由振荡的幅度和周期决定基因表达 的时间
    • 细胞群体系统脉冲发生器 ：由信号发生细胞和脉冲发生细胞构成，利用非一致前馈的调控机制
• 第三章 合成生物系统的数学模拟与性能分析
  • 生物系统的数学模拟
  • 合成生物系统的性能分析
    • 常用性能指标性能
      • 稳定性 鲁棒性：自身结构模块参数改变后维持原状的能力 响应快速性：收到扰动后反应的快慢
    • 提高系统稳定性和鲁棒性的机制
      • 冗余
      • 反馈机制。
      • 特异性和保真度。