《合成生物學(xué)》課件.ppt

1、合成生物學(xué)(Synthetic biology)(概念、原理、應(yīng)用),馬飛,人工染色體(技術(shù)),BAC(細(xì)菌人工染色體)：Bacteria 以細(xì)菌作為對(duì)象，將DNA片段與質(zhì)粒重組后轉(zhuǎn)入細(xì)菌中繁殖 YAC(酵母人工染色體)：Yeast 以酵母作為對(duì)象 PAC(噬菌體人工染色體)：Phagemid 以噬菌體作為對(duì)象 TAC(可轉(zhuǎn)化的細(xì)菌人工染色體) MAC(哺乳類人工染色體) ,合成生物學(xué)應(yīng)運(yùn)而生,Synthetic Biology,What is Synthetic Biology?,Taking an engineering approach to design and applying it

2、 to Biology 使用工程策略設(shè)計(jì)并應(yīng)用于生物學(xué),What is Synthetic Biology? 1. Biology 2. Chemistry 3. Engineering 4. Re-Writing,Biologists Chemists Engineers “Re-Writers”,“The code is 3.6 billion years old. Its time for a re-write.” -Tom Knight,Biology “Test models by building them”,合成生物學(xué),指人們將“基因”連接成網(wǎng)絡(luò)，讓細(xì)胞來(lái)完成設(shè)計(jì)人員設(shè)想的各種任

3、務(wù)。 例如把網(wǎng)絡(luò)同簡(jiǎn)單的細(xì)胞相結(jié)合，可提高生物傳感性，幫助檢查人員確定地雷或生物武器的位置。 再如向網(wǎng)絡(luò)加入人體細(xì)胞，可以制成用于器官移植的完整器官。,人工合成脊髓灰白質(zhì)炎病毒cDNA,美國(guó)紐約大學(xué)Wimmer 實(shí)驗(yàn)室于2002年報(bào)道了化學(xué)合成 脊髓灰白質(zhì)炎病毒cDNA，并用RNA聚合酶將它轉(zhuǎn) 成有感染活力的病毒RNA。 開辟了利用已知基因組序列，不需要天然模板，從化合物單體合成感染性病毒的先河。,Wimmer從裝配平均長(zhǎng)度為69 bp的寡核苷酸入手，結(jié)合了化學(xué)合成與無(wú)細(xì)胞體系的從頭合成，用了3 年時(shí)間完成了這個(gè)劃時(shí)代的工作。,Venter 實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了合成基因組, X-174 噬菌體基因是單

4、鏈環(huán)狀 DNA，是歷史上第一個(gè)被純化的DNA 分子，也是第一個(gè)被測(cè)序的DNA分子。 X- 174 噬菌體對(duì)動(dòng)植物無(wú)害，是合適的合成研究對(duì)象。 美國(guó)Venter 實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了合成基因組的工作， 該實(shí)驗(yàn)室只用兩周就合成了 X-174 噬菌體基因 (5,386bp) 。 Venter實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)改進(jìn)主要有： (1)用凝膠來(lái)提純寡核苷酸以減少污染； (2) 嚴(yán)格控制退火連接溫度來(lái)防止與不正確的序列發(fā)生連 接； (3)采用聚合酶循環(huán)裝置來(lái)裝配連結(jié)產(chǎn)物。,合成生物學(xué)國(guó)際會(huì)議,2004 年6 月在美國(guó)麻省理工學(xué)院舉行了第一屆 合成生物學(xué)國(guó)際會(huì)議。 會(huì)上除討論了科學(xué)與技術(shù)問(wèn) 題外，還討論了合成生物學(xué)當(dāng)前與將來(lái)

5、的生物學(xué)風(fēng)險(xiǎn)，有關(guān)倫理學(xué)問(wèn)題，以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。 隨著這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)于合成生物學(xué)的安全性的考慮愈來(lái)愈多。 現(xiàn)在不僅通過(guò)合成生成病毒，而且已經(jīng)可以合成細(xì)菌。,合成生物學(xué)開辟了設(shè)計(jì)生命的前景,一方面有可能合成模仿生命物質(zhì)特點(diǎn)的人工化學(xué)系統(tǒng)；另一方面也可能重新設(shè)計(jì)微生物 如Keasling 實(shí)驗(yàn)室向大腸桿菌中導(dǎo)入青蒿與酵母的基因，使大腸桿菌能在調(diào)節(jié)下合成青蒿素，從而顯示了有效而價(jià)廉的治療瘧疾的前景 合成生物學(xué)今后將能生成自然界不存在的新的微生物。,應(yīng)用示例,Schultz 實(shí)驗(yàn)室研究向大腸桿菌蛋白質(zhì)生物合成裝置中添入新組份，使之能通過(guò)基因生成非天然的氨基酸，結(jié)果取得了成功。但是要在真核細(xì)胞做到這

6、一點(diǎn)還有難度。 2003年，Schultz 實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了一種向酵母加 入非天然氨基酸密碼子的方法，成功地向蛋白質(zhì)中導(dǎo)入了5 種氨基酸。 目前，能摻入到蛋白質(zhì)的非天然氨基酸已有80多種。 今后將可以直接向蛋白質(zhì)導(dǎo)入順磁標(biāo)記、金屬結(jié)合、光敏異構(gòu)化等的氨基酸，促進(jìn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的研究。,應(yīng)用示例,Brenner 提出向細(xì)胞DNA中摻入天然不存在的堿基來(lái)發(fā)展人工遺傳系統(tǒng), 支持人工生命形式。 合成生物學(xué)也將對(duì)生命起源，其他生命形式的研究作出貢獻(xiàn)。,控制生命,目前，研究人員正在試圖控制細(xì)胞的行為，研制不同的基因線路即特別設(shè)計(jì)的、相互影響的基因。 波士頓大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師科林斯已研制出一種“套環(huán)開關(guān)”，

7、所選擇的細(xì)胞功能可隨意開關(guān)。 加州大學(xué)生物學(xué)和物理學(xué)教授埃羅維茨等人研究出另外一種線路： 當(dāng)某種特殊蛋白質(zhì)含量發(fā)生變化時(shí)，細(xì)胞能在發(fā)光狀態(tài)和非發(fā)光狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，起到有機(jī)振蕩器的作用，打開了利用生物分子進(jìn)行計(jì)算的大門。,維斯和加州理工學(xué)院化學(xué)工程師阿諾爾一起，采用“定向進(jìn)化”的方法，精細(xì)調(diào)整研制線路，將基因網(wǎng)絡(luò)插入細(xì)胞內(nèi)，有選擇性地促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)。,發(fā)展方向,維斯目前正在研究另外一群稱為“規(guī)則系統(tǒng)”的基因，他希望細(xì)菌能估計(jì)刺激物的距離，并根據(jù)距離的改變做出反應(yīng)。 該項(xiàng)研究可用來(lái)探測(cè)地雷位置(TNT：生物傳感器)。,維斯另一項(xiàng)大膽的計(jì)劃是為成年干細(xì)胞編程 促進(jìn)某些干細(xì)胞分裂成骨細(xì)胞、肌肉細(xì)胞或軟骨細(xì)

8、胞等，讓細(xì)胞去修補(bǔ)受損的心臟或生產(chǎn)出合成膝關(guān)節(jié)。 盡管該工作尚處初級(jí)階段，但卻是生物學(xué)調(diào)控領(lǐng)域中重要的進(jìn)展。,J. Craig Venter：基因組替換,成功利用基因組取代技術(shù)，將一種細(xì)菌改變?yōu)榱硪环N與之親緣關(guān)系較為緊密的另一細(xì)菌。這種由J. Craig Venter 進(jìn)行的 “移植(transplantation)”技術(shù)，有望將合成基因組插入細(xì)胞，用于生產(chǎn)合成生命。 用Mycoplasma mycoides的基因組取代與之關(guān)系密切的 Mycoplasma capricolum的基因組 C. Lartigue et al. Genome transplantation in bacteria:

9、 Changing one species to another Science, June 28, 2007.,人類歷史上第一個(gè)人造染色體合成成功,美科學(xué)家稱“人造生命”技術(shù)已被掌握 最具爭(zhēng)議的美國(guó)著名科學(xué)家克雷格文特爾宣布，他的研究小組已經(jīng)合成出人類歷史上首個(gè)人造染色體，并有可能創(chuàng)造出首個(gè)永久性生命形式，以此作為應(yīng)對(duì)疾病和全球變暖的潛在手段。 該研究部分由美國(guó)能源部出資，希望藉此研制出新型環(huán)保燃料。由文特爾召集，諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者漢密爾頓史密斯領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在這方面已經(jīng)進(jìn)行了5年研究。 文特爾已用化學(xué)藥品在實(shí)驗(yàn)室中研制出一種合成染色體。,文特爾研究小組研制出的這種新型染色體即實(shí)驗(yàn)室合成支原

10、體(Mycoplasma laboratorium)，是一種經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化拼接的生殖支原體(Mycoplasma genitalium)DNA序列，他們將這種合成支原體移植到活細(xì)胞中，使之在細(xì)胞中起主控作用，變換成一種新的染色體。 按照實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，最終這個(gè)染色體將控制這個(gè)細(xì)胞并變成一個(gè)新的生命形式。 這種新單細(xì)胞生物體被命名為“合成器”，受381個(gè)基因控制，包含56萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)。這些基因是維持細(xì)菌生命所必備的，使它能夠攝食和繁殖。由于新的生物體是在現(xiàn)存生物體上搭建，其繁殖和新陳代謝仍然依賴原來(lái)生物體的胞內(nèi)機(jī)制。 從這一角度看，它并非完全意義上的新型生命形式。但這種給特定基因賦予特定任務(wù)的觀點(diǎn)已被眾多生物

11、學(xué)家廣泛接受。,“這是人類自然科學(xué)史上一次重大進(jìn)步，顯示人類正在從閱讀基因密碼走向有能力重新編寫密碼，這將賦予科學(xué)家新的能力，從事以前從未做過(guò)的研究?！?他希望這項(xiàng)突破有助于發(fā)展新能源，應(yīng)對(duì)氣候變化造成的負(fù)面影響。如創(chuàng)造出具有特殊功能的新微生物，可被用作替代石油和煤炭的綠色燃料，或用來(lái)幫助清除危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)或輻射等；還可用來(lái)合成能吸收過(guò)多二氧化碳的細(xì)菌，為解決氣候變暖貢獻(xiàn)力量。,然而制造永久生命形式的前景極具爭(zhēng)議性，有可能激起道德、倫理等方面的激烈辯論。 加拿大生物倫理學(xué)組織ETC團(tuán)體主任帕特穆尼說(shuō)，文特爾制造出了“一個(gè)基架，在此基架上人們幾乎可以制造出任何東西”，“它可以用于研究新型藥物，也可

12、以用于對(duì)人類產(chǎn)生巨大威脅的生物武器”。,2009：Venter：Science,把蕈狀支原體的基因組加以改造，使它能夠終移植到山羊支原體內(nèi)，形成了一個(gè)新的蕈狀支原體細(xì)胞。 這也是今年這篇科研論文的雛形，在國(guó)外的科學(xué)媒體上曾經(jīng)引發(fā)熱烈的討論。,2010年的重要大事：“人造生命”誕生,John Craig Venter攪亂了(生命)科學(xué)界,用化學(xué)合成的基因組構(gòu)建一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞,Venter的實(shí)驗(yàn)http:/www.science-,實(shí)驗(yàn)對(duì)象：蕈狀支原體。 支原體是已知的可以自由生活的最小生物,也是最小的原核細(xì)胞。 是一種原核微生物, 內(nèi)部結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，基因組僅有一百多萬(wàn)堿基對(duì)，遠(yuǎn)小于真核生物基因組十億

13、級(jí)的堿基數(shù)量，這也是Venter選擇操作它的原因。 Venter早在1995年就對(duì)生殖支原體測(cè)序，并致力于研究維持自由生命的最小基因組。 在2008年，Venter的團(tuán)隊(duì)合成了長(zhǎng)達(dá)59萬(wàn)堿基對(duì)的生殖支原體基因組。 此后，他們選擇生長(zhǎng)速度更快的蕈狀支原體來(lái)做實(shí)驗(yàn)。 如果僅僅從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，Venter做了一個(gè)無(wú)懈可擊的實(shí)驗(yàn)，“人造生命”思路和流程都做得無(wú)懈可擊。,三個(gè)步驟：合成、組裝和移植,合成 ： 蕈狀支原體的基因組是一條大片段的DNA分子，序列是A、T、G、C四種脫氧核糖核苷酸的排列組合。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定維持其生命周期的最小基因組，并加上4個(gè)“水印基因”作為標(biāo)記。 用計(jì)算機(jī)精確計(jì)算需要合成DNA

14、分子序列，并用化學(xué)方法合成A、T、G、C堿基，并使其按所要求序列延伸。 這是它被稱為“人造生命”或者“化學(xué)合成”的關(guān)鍵。 Venter用化學(xué)方法合成了一千多個(gè)約1kb的DNA片段，作為這次組裝的基本材料。,組裝： 因?yàn)楹铣缮飳W(xué)技術(shù)上的局限，不能直接合成上萬(wàn)堿基對(duì)的DNA大分子，所以Venter等人巧妙地借助啤酒酵母和大腸桿菌的幫助，把1Kb的DNA分子有序準(zhǔn)確的連成超過(guò)1000kb的片段。 移植： Venter等把這個(gè)合成基因組移植到不含限制性酶切系統(tǒng)的山羊支原體中，基因組能使用后者的酶系統(tǒng)進(jìn)行自我復(fù)制，經(jīng)過(guò)多代繁殖后，長(zhǎng)成的菌落已經(jīng)純粹由蕈狀支原體組成。,Venter：“創(chuàng)造了一個(gè)計(jì)算機(jī)為

15、父母的生命”,JCVI：將8個(gè)由60個(gè)核苷酸組成的DNA片段，首次人工合成實(shí)驗(yàn)老鼠的線粒體基因組,使用8個(gè)只含有60個(gè)核苷酸的DNA片段，讓它們同酶和化學(xué)試劑的混合物相結(jié)合，在50下孵化1小時(shí)，5天內(nèi)合成出了實(shí)驗(yàn)鼠的線粒體基因組，得到的基因組能夠糾正具有線粒體缺陷的細(xì)胞內(nèi)的異常。,用途：生物能源、生物除污,Venter下一步的計(jì)劃就是合成某種海藻基因組，這種新型海藻可以通過(guò)光合作用把空氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成汽油或者柴油等清潔能源，從而有效解決目前的氣候變化和能源危機(jī)。 疫苗、藥物、生物能源、生物除污等,What is Synthetic Biology?,從原理角度來(lái)看,Synthetic Bi

16、ology,Undergraduates in Synthetic Bio.,international Genetically Engineered Machines,/registry/index.php/Main_Page,Lego Assembly for DNA Parts,/registry/index.php/Assembly:Standard_assembly,Self-organized Pattern Formation,What can you make in SB?,Arsenic Detect

17、or,膿毒癥,砷,Modifying life,Biotechnology Techniques that use living organisms or parts of organisms to produce a variety of products (from medicines to industrial enzymes) Genetic Engineering Introduction of genetic changes (add, modify, delete) into an organism to achieve some goal Synthetic Biology C

18、reate novel biological functions and tools by modifying or integrating well-characterized biological components (i.e. genes, promoters) into higher order genetic networks,Synthetic Biology History,1970 First gene synthesized from scratch (alanine tRNA) 1978 Nobel prize awarded to Werner Arber, Danie

19、l Nathans and Hamilton Smith for the discovery of restriction enzymes 1978 (Boyer at UCSF) A synthetic version of the human insulin gene was constructed and inserted into the bacterium E. coli. 1980 Kary Mullis invents PCR 1991 Affymetrix chip-based oligonucleotide synthesis 2003 First iGEM competit

20、ion, creation of standardized parts libraries at MIT,Biotechnology 1.0 Research Workflow,1. Concept,2. Collect DNA fragments (PCR, isolation, vendors, etc),6. Transform,7. Test,3. Bench work,5. Verify DNA,4. Sequence,DNA synthesis costs are dropping,For example the bacteria Mycoplasma genitalium has

21、 the smallest genome out of all living cells: 517 genes over 580 kb. Minimal costs of oligo creation (not including error-checking): Mid 1990s: $1/bp = $580,000 Circa 2000: $0.35/bp = $203,000 2006: $0.11/bp = $63,800 Ambitious prediction of not-too-distant future (Church et al, 2004): $0.00005/bp =

22、 $29,Synthesis lengths are increasing,Commercial DNA Synthesis Companies,Data Source: Rob Carlson, U of W, Seattle,Bioneer South Korea,Cinnagen Tehran, Iran,Takara Biosciences Dalian, China,Inqaba Biotec Pretoria, South Africa,Fermentas Vilnius, Lithuania,Bio S DNA breaks Adaptation: Fix it! Side be

23、nefit: extreme radiation resistance D. Radiodurans: incredible resistance,Other extremophiles,Desert Varnish exists in the driest places on Earth Varnish includes bacteria that: Arrange clay and manganese above them to shield them from the elements; oxidize Mn to produce ATP Are great for showing wh

24、ere pollutants in water exist or where off-road vehicles stir up alkaline dust.,Lichens a symbiosis of fungi and algae Dry out completely and photosynthesize only when wet The first step in creating soil out of rock (e.g., Sierra Nevada: polished by glaciers 12 kyr ago, heavily wooded now.) Edible!

25、(Manna?),Xerophiles,Piezophiles organisms that live at high pressure(高氣壓) Pressure increases by 1 atm (= 15 pounds per square inch) every 10 meters in water, or every 5 meters in rock. Benefit: Water is liquid for a higher range of temperatures as the pressure goes up this allows liquid water to ten

26、s of kilometers depth T goes up 25 C per km in crustso 121 C = about 4 km Problem: Pressure changes the packing of DNA and membrane lipids Problem: Pressure inhibits reactions that lower the density (more products than reactants) Adaptation: ? Life in Vacuum 1964: Surveyor 3 camera in space for 2.6

27、years, unprotected. On returning from the Moon, viable streptococcus bacteria are cultured from it!,More extremophiles,Longevity Viable microbes from ice cores (Lake Vostok) up to 20 Myr From bee abdomens in amber 25 Myr From salt in salt mines many Myr (controversial) Multicellular extremophiles? T

28、artigrades (water bears): in a dry (tun) state, can withstand temperatures up to 151 C, X-rays, vacuum, and pressures of 6000 atmospheres. Life without light? Autolithotrophic communities: (SLiMe) Basalt rock & water: has C,N,O,H, S just need energy Energy from oxidation of S & H and reduction of S

29、and nitrates. Note: life had to be like this before photosynthesis was invented.,More amazing life,Summary,Creating biological circuits may teach us as much about life as trying to reverse-engineer them (learn by doing) The keys to SB are abstraction, isolation of design & fabrication principles and

30、 modularity,Synthetic Biology,Sergio Peisajovich Lim Lab June 2007,Synthetic Biology,What is Synthetic Biology?,It is an emerging field of biology that aims at designing and building novel biological systems.,The final goal is to be able to design biological systems in the same way engineers design

31、electronic or mechanical systems.,Why do we need it?,“What I cannot create, I do not understand.” - Richard Feynman,無(wú)法創(chuàng)造的東西，我無(wú)法理解只有通過(guò)創(chuàng)造才能理解。不能理解的東西，我無(wú)法創(chuàng)造。 What I cannot create I do not understand. 美國(guó)物理學(xué)家理查德費(fèi)曼,Synthetic Biology,Why do we need it?,Cells are the ultimate Chemical Factory.,Synthetic Bio

32、logy,1- Biology is hierarchical,Is it achievable?,Synthetic Biology,2- Biology is Modular,Is it achievable?,Synthetic Biology,Hierarchy and Modular (recurrent) organization allows biology to be understandable and synthetic biology to be possible.,Is it achievable?,Synthetic Biology,A possible hierar

33、chy for synthetic biology,Synthetic Biology,Biological Components: 1-Parts,Synthetic Biology,Biological Components: 2-Devices,Synthetic Biology,Biological Components: 3-Systems or Modules,Synthetic Biology,Biological Components: 3-Systems or Modules,Basu et al (2005) Nature, 434: 1130-4,Synthetic Bi

34、ology,Biological Components: 3-Systems or Modules,Synthetic Biology,Biological Components: 3-Systems or Modules,Synthetic Biology,For synthetic biology to become a form of engineering it will be necessary to achieve precision and reliability. Factors preventing this: 1- Incomplete knowledge of biolo

35、gy. 2- Inherent functional overlap (parts with many -some unknown- functions, some of which are detrimental to the goal in mind. 3- Incompatibility between parts. 4- Parts functionality depends on context.,Synthetic Biology as Engineering,2- CI represses expression of unrelated host genes,3- LuxR in

36、teracts with CI and blocks its function,4- GFP is non-fluorescent in host,Synthetic Biology,Synthetic Biology as Engineering,Standard Parts,Parts should not have multiple functions (One subunit of T7 phage DNA polymerase is actually E. coli thioredoxin),Parts should not encode multiple functions,Syn

37、thetic Biology,Synthetic Biology as Engineering,Standard Parts,Different parts should be compatible,Parts should work in different contexts,Synthetic Biology,Synthetic Biology as Engineering,Standard Parts,Standardized parts could be easily exchanged between different devices (as well as between dif

38、ferent laboratories),Synthetic Biology,Synthetic Biology as Engineering,Abstraction,DNA TGCATGCTGATATACGGCTCGAT,Parts,Devices,Systems,Yeast & Cloning,Sergio Peisajovich Lim Lab June 2007,Experimental Lab,Why Yeast?,The yeast Saccharomyces cerevisiae (also called “bakers yeast”) is probably the ideal

39、 eukaryotic microorganism for biological studies. Yeast genome: fully sequenced and easy to manipulate. Basic mechanisms of yeast cell biology (such as DNA replication, recombination, cell division and metabolism) are highly similar to that of higher organisms (including humans).,Experimental Lab,Ye

40、ast Life Cycle,Experimental Lab,Yeast: Ideal Platform for Synthetic Biology,Add parts, devices or even modules (in an “extra-genomic” format -plasmid-based- or “integrating” them within the yeast genome. Delete specific yeast genes, to remove “background” or interference. Add “reporter genes” to mon

41、itor in real time the function of the synthetic parts/devices/modules under study. Life cycle fast enough so that we could do all these genetic manipulations in a reasonable amount of time.,Experimental Lab,Yeast: Adding parts in plasmids,Experimental Lab,Yeast: Adding parts in plasmids,growth in se

42、lective medium,Experimental Lab,Yeast: Adding parts into the genome,Homologous recombination allows genomic integration, but we still need to select:,Experimental Lab,Yeast: Adding parts into the genome,Part/Device/Module,URA3,plasmid,Digest with specific restriction enzyme,Part/Device/Module,plasmi

43、d,Linear DNA, ready for yeast transformation and integration,Part/Device/Module,URA3*,Homologous Recombination,Yeast Chromosome,Incoming Linear DNA,URA3*,URA3,Part/Device/Module,Integration (Note that 2 copies, one defective and one functional, of the marker are generated),Yeast Chromosome,Experimen

44、tal Lab,Yeast: Adding parts into the genome,URA3,plasmid,URA3,PCR product,Linear DNA, ready for yeast transformation and integration,yfg,Homologous Recombination,Yeast Chromosome,URA3,Integration (yfg is now disrupted),Yeast Chromosome,URA3,Experimental Lab,Combinatorial Cloning,A,B,B,C,C,D,A,D,A,D,

45、Experimental Lab,Combinatorial Cloning,Based on Type IIs restriction enzymes,Combinatorial Cloning,Experimental Lab,Combinatorial Libraries,Experimental Lab,Synthetic Biology as Engineering,Engineering Negative Feedback Loops,Negative Effectors to be used: OspF (MAPK Phosphothreonine Lyase) YopJ (MA

46、PKK Ser/Thr acetylase) YopH (MAPK Tyr phosphatase) Promoters to be used: Constitutive expression (Adhp, CycIp, Ste5p) Inducible by pathway activation (STLp, Fig1p) Protein-interaction domains: Leucine Zippers (high and medium affinities, some with degradation motif),Prom,Tag,Effector,Zipper,Term,Exp

47、erimental Lab,Synthetic Biology as Engineering,Engineering Negative Feedback Loops,1- Combinatorial Cloning in Bacteria 2- Transfer Constructs into Yeast 3- Analyze Pathway Behavior,Experimental Lab,Synthetic Biology as Engineering,Engineering Negative Feedback Loops,1- Combinatorial Cloning in Bact

48、eria DONORSACCEPTORS,Prom,Tag,Effector,Zipper,Term,Experimental Lab,Synthetic Biology as Engineering,Engineering Negative Feedback Loops,1- Combinatorial Cloning in Bacteria,Experimental Lab,Synthetic Biology as Engineering,Engineering Negative Feedback Loops,2- Transfer Constructs into Yeast 3- Ana

49、lyze Pathway Behavior FACS Microscopy,基因未來(lái)可能成標(biāo)準(zhǔn)件 新物種將像電腦般被組裝,將一個(gè)青蒿基因植入大腸桿菌，改造后的大腸桿菌制造出一種中間化合物，這種化合物經(jīng)過(guò)數(shù)步處理就能成為青蒿素的原料-青蒿酸。 把一種特殊的酶植入酵母后，酵母把前面提到的中間化合物改造成了青蒿酸。 可以說(shuō)，通過(guò)微生物工業(yè)生產(chǎn)青蒿素的技術(shù)鏈條已經(jīng)基本成形，只剩下最后一層窗戶紙了。 意味著青蒿素的價(jià)格將下降90%，意味著更多的人將可能活下來(lái),克隆羊多利的誕生,胚胎羊,乳腺上皮細(xì)胞 (提供DNA),母羊,除去細(xì)胞核的卵母細(xì)胞(受體),體外融合,植入受體母羊,首個(gè)人造物種問(wèn)世 意義將超過(guò)克

50、隆羊,文特爾在破解人類基因組的計(jì)劃中起了重要作用 “人造物種”對(duì)大部分人來(lái)說(shuō)還是一個(gè)陌生的概念，但在生物學(xué)界已經(jīng)是炙手可熱的新型研究領(lǐng)域。 曾在破解人類基因組計(jì)劃中起到重要作用的美國(guó)科學(xué)家克雷格文特爾再次走到了前列。,能吃CO2的細(xì)菌,采用合成生物學(xué)的辦法將攜帶特定遺傳密碼的DNA片段合成最小、最簡(jiǎn)單的基因組，并將該基因組植入已經(jīng)去掉遺傳密碼的細(xì)菌體內(nèi)，形成新的微生物，然后觀察它們是否能激活，進(jìn)行新陳代謝和繁殖。 這種細(xì)菌能吸收二氧化碳，減輕溫室效應(yīng)，還能產(chǎn)生氫氣和生物能源。,將遺傳因子植入大腸桿菌進(jìn)行攝影,美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校和得克薩斯大學(xué)的研究者成功地利用轉(zhuǎn)基因大腸桿菌拍攝了研究小組成員

51、的肖像。 這是在合成生物學(xué)領(lǐng)域人類所取得的一個(gè)新的成果。 大腸桿菌是一種容易引起食物中毒的細(xì)菌，但經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)基因處理，它卻具有了與照相機(jī)的膠卷幾乎一樣的成像本領(lǐng)。 舊金山分校29歲的克里斯.博伊特是本次研究的主要帶頭人。,他的研究小組將經(jīng)過(guò)光的反應(yīng)可以釋放出黑色化合物的海藻的遺傳基因采集下來(lái)，植入大量的大腸桿菌之中。 然后再將這些被植入了遺傳因子的大腸桿菌放入一個(gè)培養(yǎng)器皿中，送入培養(yǎng)器中進(jìn)行培養(yǎng)。 之后，從培養(yǎng)器的上面，用功力很強(qiáng)的投影儀將研究小組成員的畫像投影上去，使細(xì)菌的一部分感光。 結(jié)果，“拍攝”下來(lái)研究小組的畫像就像從前的黑白照片一樣，雖然有些朦朧，當(dāng)人樣子還是出來(lái)了。 博伊特說(shuō)，像素大約

52、為100萬(wàn)，可達(dá)高性能打印機(jī)的十倍。,Do-It-Yourself Biology,Synthetic Biologist Drew Endy: Programming Living Systems,微軟公司涉足合成生物學(xué),獲得首筆資助的研究人員來(lái)自加拿大的英屬哥倫比亞大學(xué)和美國(guó)的哈佛大學(xué)、約翰霍普金斯大學(xué)、加州理工學(xué)院等 他們的研究方向包括研制下一代的克隆方法、創(chuàng)建讓DNA 折疊成更復(fù)雜形狀的計(jì)算機(jī)密碼、使用可設(shè)計(jì)編程的層疊鍵，讓DNA 折疊變得更大、更復(fù)雜，并具有結(jié)構(gòu)重建的特性。,合成生物學(xué)國(guó)際基因工程機(jī)器設(shè)計(jì)大賽研討會(huì)在天津大學(xué)召開,2007年4月16日-17日，合成生物學(xué)與國(guó)際基因工程

53、機(jī)器設(shè)計(jì)大賽(international Genetically Engineered Machine competition簡(jiǎn)稱iGEM)研討會(huì)在天津大學(xué)召開。 合成生物學(xué)作為一門迅速成長(zhǎng)的新生學(xué)科，一經(jīng)興起便引起了世界知名學(xué)府的廣泛關(guān)注，M.I.T.于2003年基于合成生物學(xué)的思想發(fā)起了iGEM大賽，并將其在2005年迅速升級(jí)為世界范圍的比賽。哈佛，劍橋，普林斯頓無(wú)不對(duì)此表現(xiàn)出極大熱衷，參賽者充分發(fā)揮自己的創(chuàng)意，用生物系統(tǒng)中的基本組件(基因，蛋白質(zhì)等)合成出具有某些特定生物學(xué)功能的基因電路。 已有不少經(jīng)典案例如生物底片，生物傳感器等體現(xiàn)了合成生物學(xué)的最高水平或者成功應(yīng)用于解決環(huán)境健康等國(guó)際問(wèn)題。,北京大學(xué)代表隊(duì)獲得iGEM比賽唯一大獎(jiǎng)