合成生物学导论PPT课件.ppt

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1、合成生物学合成生物学”与与“国际遗传机器国际遗传机器大赛大赛（internationalGeneticallyEngineeredMachineCompetition，iGEM）”宋宋凯：凯：合成生物学合成生物学Synthetic Biology何时出现合成生物学这一名字？何时出现合成生物学这一名字？Science杂志最早于杂志最早于1911年年33卷有两篇文章出现卷有两篇文章出现“synthetic biology”（合成生物学）一词。（合成生物学）一词。LancetLancet杂志最早于杂志最早于1911年年7月月8日有一篇文章出现日有一篇文章出现“synthetic biology”（

2、合成生物学）一词。（合成生物学）一词。在在1980年第一次以年第一次以“基因外科术：合成生物学的开基因外科术：合成生物学的开始始”为题出现在德文刊物上。为题出现在德文刊物上。2000年以后，年以后，“合成生物学合成生物学”一词在学术刊物及互一词在学术刊物及互联网上逐渐大量出现联网上逐渐大量出现Nature Biotechnology,27(12),2009-12-7Focus on Synthetic BiologyThelatestiterationofgeneticengineeringofferstheprospectofthedesignandconstructionofnewlife

3、formsfrombiologicalparts,devicesandsystems.Whatsinaname?(pp10711073)Defininganemergingfieldcanbechallenging,Nature Biotechnologyasked20expertsfortheirviewsonthetermsyntheticbiology.Genetic engineering focuses on individual genes(typically cloning and over expression).The logical extension of that to

4、 system-wide change is genome engineering.Intermediate between these is metabolic engineering,which involves optimizing several genes at once.Synthetic biology is meta to all of these in establishing standards for modules,intentionally interoperable in their assembly and functioning.Hierarchical pro

5、perties permit computer-aided design at different levels of abstraction,from the sub-molecular level to supra-ecosystem levels.GeorgeChurchProfessorDepartmentofGeneticsHarvardMedicalSchoolBoston,Massachusetts.Syntheticbiologyinvolvesthedevelopmentandapplicationofengineeringprinciplestomakethedesigna

6、ndconstructionofcomplexsyntheticbiologicalsystemseasierandmorereliable.Itisthefocusonthedevelopmentofnewengineeringprinciplesandformalismforthesubstrateofbiologythatsetsitapartfromthemorematurefieldsuponwhichitbuilds,suchasgeneticengineering.ChristinaSmolkeAssistantProfessorDepartmentofBioengStanfor

7、dUniversityStanford,California.Metabolic engineering is adoptingsyntheticbiologysstrategiesofgenesynthesis,very fine control of geneexpression,etc.,while synthetic biology is takingmetabolic engineerings objective-drivenstrategiesofengineeringcircuitsandconsiderationofwhole-cellmetabolism.Andbothare

8、movingtowardsintegrationwithsystemsbiology.SangYupLeeDistinguishedProfessorandLGChemChairProfessorKoreaAdvancedInstituteofScienceAndTechnology 维基百科全书：合成生物学旨在设计和构建工程维基百科全书：合成生物学旨在设计和构建工程化的生物系统，使其能够处理信息、操作化合物、化的生物系统，使其能够处理信息、操作化合物、制造材料、生产能源、提供食物、保持和增强人制造材料、生产能源、提供食物、保持和增强人类的健康和改善我们的环境类的健康和改善我们的环境。http

9、/http:/en.wikipedia.org/Synthetic_biologyen.wikipedia.org/Synthetic_biology 简单地说，合成生物学是通过设计和构建自然界简单地说，合成生物学是通过设计和构建自然界中不存在的人工生物系统来解决能源、材料、健中不存在的人工生物系统来解决能源、材料、健康和环保等问题。康和环保等问题。合成生物学合成生物学的定义的定义SyntheticBiologyis：A)thedesign and construction of newbiologicalparts,devices,andsystems,andB)there-design

10、of existing,naturalbiologicalsystemsforusefulpurposes.http:/syntheticbiology.org/http:/syntheticbiology.org/Howisthisdifferentfromgeneticengineering?合成生物学与基因工程有何不同？合成生物学与基因工程有何不同？SyntheticBiologybuildsontoolsthathavebeendevelopedoverthelast30years.Geneticengineeringhasfocusedontheuseofmolecularbiolo

11、gytobuildDNA(forexample,cloningandPCR)andautomatedsequencingtoreadDNA.SyntheticBiologyaddstheautomatedsynthesisofDNA(towriteDNA),thesettingofstandardsandtheuseofabstractiontosimplifythedesignprocess.1998200020022004200620082000400060008000100000204060801001200网络信息期刊/专利数量Sciru网络信息Scirus 检索专利Scopus检索期

12、刊Scirus 检索期刊合成生物学领域由合成生物学领域由合成生物学领域由合成生物学领域由ScirusScirusScirusScirus 搜索的学术论文数、专搜索的学术论文数、专搜索的学术论文数、专搜索的学术论文数、专利数和网络信息以及由利数和网络信息以及由利数和网络信息以及由利数和网络信息以及由Scopus Scopus Scopus Scopus 搜索的学术论文数搜索的学术论文数搜索的学术论文数搜索的学术论文数赵学明老师提供20042004年年年年 被被被被 美美美美 国国国国 MITMIT出出出出 版版版版 的的的的 TechnologyTechnologyReviewReview评评评

13、评为为为为将将将将改改改改变变变变世世世世界界界界的的的的1010大大大大新新新新出出出出现现现现的的的的技技技技术术术术之之之之一一一一(10(10 EmergingEmerging TechnologiesTechnologies ThatThat WillWillChangeYourWorld)ChangeYourWorld)。20092009年年年年中中中中科科科科院院院院300300多多多多位位位位专专专专家家家家经经经经过过过过一一一一年年年年多多多多研研研研究究究究发发发发布布布布的的的的创创创创新新新新20502050：科科科科技技技技革革革革命命命命与与与与中中中中国国国国的

14、的的的未未未未来来来来战战战战略略略略研研研研究究究究系系系系列列列列报报报报告告告告中中中中指指指指出出出出：“合合合合成成成成生生生生物物物物学学学学”是是是是可可可可能能能能出出出出现革命性突破的现革命性突破的现革命性突破的现革命性突破的4 4个基本科学问题之一。个基本科学问题之一。个基本科学问题之一。个基本科学问题之一。合成生物学的发展前景合成生物学的发展前景合成生物学发生与发展的学科基础19531953年年，Watson和和Crick阐阐明明了了DNADNA的的双螺旋结构。双螺旋结构。标志着分子生物学时代的到来。标志着分子生物学时代的到来。分子生物学是合成生物学的重要基础。分子生物学

15、是合成生物学的重要基础。DNADNA是生物的遗传物质是生物的遗传物质 人类的人类的DNA序列是序列是人类的真谛，这个世人类的真谛，这个世界上发生的一切事情，界上发生的一切事情，都与这一序列息息相都与这一序列息息相关。关。R.Dulbecco,1986R.Dulbecco,1986Renato Dulbecco Renato Dulbecco（1914-1914-）基因、基因组和基因组学基因、基因组和基因组学:基因基因 (Gene)：遗传功能的单位，是编码蛋：遗传功能的单位，是编码蛋 白质或白质或RNARNA分子的一段分子的一段DNADNA序列序列.基基 因因 组组 (Genome，来来 自自

16、Gene+chromosome)所有所有DNADNA分子的总和（分子遗传学定义）分子的总和（分子遗传学定义）基因组学基因组学 (Genomics)：研究基因组结构与：研究基因组结构与 功能功能的科学的科学于于1990年正式启动年正式启动,于于2003年年4月月14日完成了人类基因组日完成了人类基因组全部序列测定全部序列测定其中，中国承担了其中，中国承担了1%1%的测的测序任务序任务人类基因组计划人类基因组计划模式生物基因组计划模式生物基因组计划哺乳动物哺乳动物4200种种真真细细菌菌3600种种古古细细菌菌180种种病病毒毒1750种种已完成测序的模式生物：小鼠、线虫、拟模式生物：小鼠、线虫、

17、拟南芥、果蝇、水稻、酵母、古细菌、真细菌、南芥、果蝇、水稻、酵母、古细菌、真细菌、病毒病毒。A C G T为了整理和分析这些序列信息，诞生了一门新兴的为了整理和分析这些序列信息，诞生了一门新兴的交叉学科交叉学科-生物信息学生物信息学是合成生物学的是合成生物学的学科基础之一学科基础之一。生物信息学是一门交叉学科。它包含了生物信生物信息学是一门交叉学科。它包含了生物信息的获取、处理、存储、分发、分析和解释等息的获取、处理、存储、分发、分析和解释等在内的所有方面，它综合运用数学、计算机科在内的所有方面，它综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量数学和生物学的各种工具，来阐明和理解

18、大量数据所包含的生物学意义。据所包含的生物学意义。细胞细胞:奇异绝妙的小工厂奇异绝妙的小工厂系统生物学研究细胞对外界环境变化或刺激在各个层次上如何做相应的变更,并建立数学模型对总体应答作出预测.基因组基因组代谢物组代谢物组蛋白质组蛋白质组转录物组转录物组基因组学基因组学Genomics代谢物代谢物组学组学Metabolomics蛋白质蛋白质组学组学Proteomics转录物转录物组学组学TranscriptomicsDNAmRNA蛋白质蛋白质代谢物代谢物转录转录翻译翻译催化反应催化反应Systems biology as a foundation for genome-scale synthe

19、tic biologyChristianLBarrett,TaeYongKim,HyunUkKim,BernhardPalssonandSangYupLee,CurrentOpinioninBiotechnology2006,17:488492基因组超大量的序列和结构数据基因组超大量的序列和结构数据 重大的生物技术重大的生物技术数据积累引起的科学发现数据积累引起的科学发现数据积累引起的科学发现数据积累引起的科学发现第四次科学大发展第四次科学大发展第四次科学大发展第四次科学大发展合成生物学发生与发展的学科基础合成生物学发生与发展的学科基础数数学学物物理理学学工工程程学学生生物物学学计计算算机机科

20、科学学化化学学信信息息学学合合 成成 生生 物物 学学生生 物物质质 能能生物医学生物医学环境修复环境修复精细精细化学品化学品食品食品原料原料生物材料生物材料生物传生物传感器感器生物生物计算机计算机应用应用应用应用应用应用合成生物学的研究内容合成生物学的研究内容生物大分子的合成与模块化生物基因组的合成、简化与重构合成代谢网络遗传/基因线路的设计与构建细胞群体系统及多细胞系统研究数学模拟和功能预测123465生物大分子的合成与模块化生物大分子的合成与模块化u蛋白质的工程化改造与模块化蛋白质的工程化改造与模块化根据调节蛋白自身域结构的重新组合来巧妙的实现：一类是锌指蛋白，另一类是甾类受体。例如：崭

21、新的酶底物结合特异性等。利用计算化学指导突变，构建具有崭新功能的蛋白质或活性酶。利用信号蛋白可以在蛋白-蛋白相互作用水平进行功能的重编程，对信号通路进行构造和改变。例如，工程化的支架蛋白。氨基酸的相互作用使分子链发生折叠形成蛋白质的二级和三级结构，高度复杂的过程，很难预测。发展水平远落后于DNA部件的发展水平。核酸分子的人工合成核酸分子的人工合成允许高效构建相关的在特殊区域有所改变的基因簇；允许高效构建相关的在特殊区域有所改变的基因簇；允许目标基因的柔性设计而不需常规基因重组或克隆所需允许目标基因的柔性设计而不需常规基因重组或克隆所需的中间步骤；的中间步骤；允许用户选择只包括期望功能和途径的人

22、工合成基因，简允许用户选择只包括期望功能和途径的人工合成基因，简化或切断生物进化作用所带来的影响；化或切断生物进化作用所带来的影响；允许用户插入任意期望的模块，具有可扩展性；允许用户插入任意期望的模块，具有可扩展性；如设计成只有在实验室特殊条件中才能存活的形式，则更如设计成只有在实验室特殊条件中才能存活的形式，则更具有安全性。具有安全性。生物大分子的合成与模块化生物大分子的合成与模块化核酸分子的人工合成核酸分子的人工合成DNA从头合成（de novoDNAsynthesis）技术S.A.Benner等人人工制造了两种核苷：K和X，组成了被其称之为AEGIS(AnExpandedGeneticI

23、nformationSystem)的系统，而且证明了核苷酸的种类可以多达12种之多。斯坦福大学的化学家E.T.Kool在原有的四种碱基上增加苯环，形成新的四种碱基，并制造了加长的双螺旋新分子“xDNA”，增加了DNA双链的间距，使DNA分子双链的氢键断裂温度提高。这段双螺旋能在黑暗的环境中发光并且能在较高的温度下仍然保持稳定。生物大分子的合成与模块化生物大分子的合成与模块化1979年H.G.Khorana合成了酪氨酸阻遏tRNA基因（207bp）；2002年纽约州立大学石溪分校魏玛（E.Wimmer）小组用了3年的时间合成出了脊髓灰质炎病毒（Poliovirus）的全基因组，7500bp。20

24、03年，J.C.Venter研究小组用了14天时间从头合成了噬菌体PhiX174（5386bp）基因组。2004年，人工合成了1918年造成全世界上千万人死亡的“西班牙流感病毒”。2008年J.C.Venter小组又合成了Mycoplasma genitalium生殖道支原体基因组（582790kb），这是迄今为止人类在合成生物过程中走得最远的一步。J.C.Venter小组的另外一项工作却获得了成功：不久前将关系较近的两株支原体中一株的基因组用另外一株的基因组替换，结果仍能正常“工作”。人工合成生物全基因组人工合成生物全基因组基因组简化（基因组简化（Genome reduction)Genom

25、e reduction)2006年SCIENCE 发表了美国威斯康星大学Blattnerj教授小组的论文：“减少了大肠杆菌基因组所出现的性质”。使所设计的菌种基因组减少高达15，但却保留了好的生长状态和蛋白质生产。基因组减少还导致了没有料想到的有益性质：高的电穿孔效率、重组基因和质粒的精确繁殖，而这些质粒在其它菌种中是不稳定的。该研究为设计构建简单高效菌株奠定了很好的基础。最小细菌基因组的必要条件最小细菌基因组的必要条件必不可少必不可少(或必需或必需)的蛋白质编码基因的蛋白质编码基因 （Essential genes)Essential genes)；必不可少必不可少(或必需或必需)的的RNA

26、RNA分子编码基因；分子编码基因；必不可少必不可少(或必需或必需)的非编码序列（启动的非编码序列（启动 子序列子序列;TFBS;TFBS;复制起始原点区复制起始原点区 oriC 等等););http:/ of Essential Genes 5210（DEG 4.0）No.ChineseNameLatinNameNumberofEssentialGenes1枯草杆菌枯草杆菌Bacillus subtilis2712金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus3023大肠杆菌大肠杆菌Escherichia coli6194流感嗜血杆菌流感嗜血杆菌Haemophilus

27、influenzae6425生殖道支原体生殖道支原体Mycoplasma genitalium3816肺炎链球菌肺炎链球菌Streptococcus pneumoniae2447幽门螺杆菌幽门螺杆菌Helicobacter pylori 266953238幽门螺杆菌幽门螺杆菌Helicobacter pylori J993129结核分枝杆菌结核分枝杆菌Mycobacterium tuberculosis61410鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌Salmonella typhimurium25111新凶手弗朗西丝菌新凶手弗朗西丝菌Francisella novicida39212Baylyi 不动杆

28、菌不动杆菌Acinetobacter baylyi29313酿酒酵母酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae878枯草杆菌枯草杆菌(Bacillus subtilis)No.of essential genes 271生殖道支原体生殖道支原体（MycoplasmaMycoplasma genitaliumgenitalium）No.of essential genes 381流感嗜血杆菌流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)No.of essential genes 642 第一步是重新注释野生型噬菌体T7基因组。第二步是将含有39977个碱基对的T7噬菌

29、体基因组划分为73个单元，每个单元包含一个或多个元件。4.9重构（重构（Refactoring）T7噬菌体基因组噬菌体基因组增加了增加了1424个碱基对个碱基对合成生物学的研究内容合成生物学的研究内容合成代谢网络合成代谢网络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。主要以代谢物浓度作为控制元件的输入信号。例如：利用酿酒酵母和大肠杆菌合成抗疟疾药物青蒿素的前体物质。遗传遗传/基因线路的设计与构建基因线路的设计与构建1961年F.Jacob和J.Monod提出的乳糖操纵子模型第一次明确提出了基因表达的调控概念，被认为是分子生物学发展的第二个里程碑。细胞群体系统及多细胞系统研究细胞群体系

30、统及多细胞系统研究基于细胞间交流的细胞群体系统及多细胞系统的开发，主要是研究细胞群体间的同步基因表达、信号交流、异步功能配合等。数学模拟和功能预测数学模拟和功能预测一种科学只有在成功地运用了数学时，才算真正达到完善的地步。卡尔马克思合成生物学的意义合成生物学的意义加速合成生物系统工程化的进程需要工程化、标准化的策略，将研究人员从日复一日的重复性操作中解脱出来。验证和深化对于生物现象的理解p“合成”将是“分析”的必要补充。p成功固然会帮助我们建立合成生物学的基本原则和生物系统的工程化技术；p失败也是人类的理解与自然生物本质间存在鸿沟的直接佐证，并会为我们如何更好的理解和运用源自于自然的技术提供指

31、引。发表合成生物学较多的刊物及新创刊的刊物发表合成生物学较多的刊物及新创刊的刊物PNASNatureScienceMSB合成生物学应用合成生物学应用BioEnergy.Cellsarebeingengineeredtoconsumeagriculturalproductsandproduceliquidfuels.BritishPetroleumandtheUSDOEgranted$650milliondollarsforresearchintheSanFranciscoBayArea.DrugProduction.Bacteriaandyeastcanbere-engineeredforth

32、elowcostproductionofdrugs.Examplesincludetheanti-malarialdrugArtemisininandthecholesterol-loweringdrug（降胆固醇药）（降胆固醇药）.Materials.Recombinantcellshavebeenconstructedthatcanbuildchemicalprecursorsfortheproductionofplasticsandtextiles,suchasBio-PDO（1，3丙二醇）丙二醇）andspidersilk（蛛丝）（蛛丝）.Medicine.Cellsarebeingp

33、rogrammedfortherapeuticpurposes.BacteriaandT-cellscanberewiredtocirculateinthebodyandidentifyandtreatdiseasedcellsandtissues.对合成生物学的资助对合成生物学的资助(美国，部分）美国，部分）US-NSF2006年投入年投入2000万美元资助建立万美元资助建立“合成生物学工程研究中心合成生物学工程研究中心”(SyntheticBiologyEngineeringResearchCenter-SynBERC),由由UCB、哈佛、哈佛大学、大学、MIT、加州大学旧金山分校等共同组

34、建、加州大学旧金山分校等共同组建US-NSF:08-599,$29MforEMERGINGFRONTIERSINRESEARCHANDINNOVATION:1.BioSensing&BioActuation:InterfaceofLivingandEngineeredSystems(BSBA)2.HydrocarbonsfromBiomass(HyBi)US-DOD(DARPA):$3MtoVentersInstituteforBioenergyTheBillandMelindaGatesFoundation:$42.6Mforanti-malarialdrug.Harvardreceives

35、donationworth$125MHarvardUniversityhasreceiveda$125milliondonationfromHansjrgWyss,aHarvardalumnusandchairmanofSwissmedicaldevicemakerSynthes.TheuniversityplanstorenameandexpandtheInstituteforBiologicallyInspiredEngineering,whichwillconcentrateonsyntheticbiology,biologicalmaterialsandotherrelatedarea

36、s.ConsortiumofventurecapitaliststoSyntheticCompanies(BP-UCB,$5.5亿亿;ExxonMobil-syntheticgenomics,$6亿亿)合成生物学研究举例合成生物学研究举例“合成生物学合成生物学”20042004年被美国年被美国MITMIT出版的出版的“Technology Technology Review”Review”评为将改变世界的评为将改变世界的1010大新出现的技术之一（大新出现的技术之一（10 10 Emerging Technologies That Will Change Your WorldEmerging

37、Technologies That Will Change Your World）。短）。短短几年的实践已经证明该预见的正确性。短几年的实践已经证明该预见的正确性。通过使用自然界提供的简单模块，许多合成生物学研究者在进通过使用自然界提供的简单模块，许多合成生物学研究者在进行两方面的研究：建立有用装置；研究可以取代自然生物系统行两方面的研究：建立有用装置；研究可以取代自然生物系统的人造生物系统。这些进展主要涉及如下几方面：（的人造生物系统。这些进展主要涉及如下几方面：（a a）合成振）合成振荡器和开关；（荡器和开关；（b b）人造细胞细胞相互作用系统；（）人造细胞细胞相互作用系统；（c c）工程

38、工程化的信号转导系统；（化的信号转导系统；（d d）代谢途径工程代谢途径工程；（；（e e）通过蛋白质工）通过蛋白质工程制造的新型生物传感器；（程制造的新型生物传感器；（f f）最小细胞及合成基因组。这方）最小细胞及合成基因组。这方面的进展已经有许多专门的综述面的进展已经有许多专门的综述。（1 1）美国美国UCBUCB化学工程系教授、劳伦斯国家实验室合成生物化学工程系教授、劳伦斯国家实验室合成生物学中心主任学中心主任KeaslingKeasling本科曾获得化学与生物学双学位，后本科曾获得化学与生物学双学位，后来又获得化学工程博士学位。所以在他从事代谢工程及合来又获得化学工程博士学位。所以在

39、他从事代谢工程及合成生物学的研究中能很好地将化学、生物学、化学工程学成生物学的研究中能很好地将化学、生物学、化学工程学相结合。在他从事抗疟疾药的生物合成研究中，始终把细相结合。在他从事抗疟疾药的生物合成研究中，始终把细胞当作微生物制药工厂（胞当作微生物制药工厂（Microbial drug factoriesMicrobial drug factories），），进行设计、加工、集成、组装、控制。体现在合成生物学进行设计、加工、集成、组装、控制。体现在合成生物学技术上包括技术上包括DNADNA的合成、来自细菌、酵母及植物（青蒿的合成、来自细菌、酵母及植物（青蒿Artemisia Artemis

40、ia annuaannua）等多种基因及代谢途径的组装、多基）等多种基因及代谢途径的组装、多基因的精密调控等。他们关于抗疟疾药物生物合成的研究成因的精密调控等。他们关于抗疟疾药物生物合成的研究成果先后发表在果先后发表在20032003年年Nature BiotechnologyNature Biotechnology和和20062006年的年的NatureNature上。上。合成生物学研究举例合成生物学研究举例Keasling实验室ResearchInterests:代谢工程，代谢工程，系统生物学，合成生物学系统生物学，合成生物学SyntheticBiologyforSyntheticChem

41、istryACSChemicalBiology,2008,3:64-76（合成生物学合成化学青蒿素合成举例合成生物学合成化学青蒿素合成举例）ImportanceofsystemsbiologyinengineeringmicrobesforbiofuelproductionCurrentOpinioninBiotechnology2008,19:228234（系统生物学生物燃料生产系统生物学生物燃料生产）Metabolicengineeringofmicroorganismsforbiofuelsproduction:frombugstosyntheticbiologytofuels（代谢工程

42、微生物合成生物学生物燃料代谢工程：微生物合成生物学生物燃料）CurrentOpinioninBiotechnology2008,19:inpressTheprocessforthemicrobialproductionofartemisinin.Usingsyntheticbiology用合成生物学生产抗用合成生物学生产抗疟疾药青蒿素疟疾药青蒿素为了尽快使研究成果产业化，为了尽快使研究成果产业化，KeaslingKeasling等人专门建立了等人专门建立了新的公司新的公司AmyrisAmyris Biotechnologies,Biotechnologies,用合成生物学技用合成生物学技术进

43、行抗疟疾药及生物能源的生产。术进行抗疟疾药及生物能源的生产。20052005年年MIT“MIT“技术技术评论评论”将将“细菌工厂细菌工厂”（Bacterial FactoriesBacterial Factories）作为）作为将影响世界的新出现的将影响世界的新出现的1010大技术之一，用大量篇幅以大技术之一，用大量篇幅以KeaslingKeasling的工作及的工作及AmyrisAmyris Biotechnologies Biotechnologies公司为例，公司为例，对细菌工厂进行了介绍。由于在生物合成抗疟疾药物的对细菌工厂进行了介绍。由于在生物合成抗疟疾药物的突出成就，突出成就，Ke

44、aslingKeasling教授被美国教授被美国“发现发现”杂志评选为杂志评选为20062006年度最有影响的科学家。该项目已经获得比尔梅年度最有影响的科学家。该项目已经获得比尔梅林达盖茨基金会林达盖茨基金会43004300万美元的资助，进行进一步的实验万美元的资助，进行进一步的实验室研究、中试、临床实验等后续工作。室研究、中试、临床实验等后续工作。ChristinaDSmolke研究组最新论文研究组最新论文ProductionofbenzylisoquinolinealkaloidsinSaccharomycescerevisiaeNatureChemicalBiology,2008,4(9

45、):564-573Higher-OrderCellularInformationProcessingwithSyntheticRNADevicesScience,2008,322,456-460Model-guideddesignofligand-regulatedRNAiforprogrammablecontrolofgeneexpressionMolecularSystemsBiology,2008,4;No.224;ChristinaD.SmolkeDivisionofChemistryandChemicalEngineeringCaliforniaInstituteofTechnolo

46、gyFoundationaladvancesinRNAengineeringappliedtocontrolofbiosynthesisASyntheticGene-MetabolicOscillatorFung,E.,Wong,W.W.,Suen,J.K.,Bulter,T.,Lee,S.G.andLiao,J.C.(2005)Nature,435,118-122.wedesignedandconstructedasyntheticcircuitinEscherichia coliK12,usingglycolyticfluxtogenerateoscillationthroughthesi

47、gnallingmetaboliteacetylphosphate.Iftwometabolitepoolsareinterconvertedbytwoenzymesthatareplacedunderthetranscriptionalcontrolofacetylphosphate,thesystemoscillateswhentheglycolyticrateexceedsacriticalvalue.Weusedbifurcationanalysistoidentifytheboundariesofoscillation,andverifiedtheseexperimentally.T

48、hisworkdemonstratesthepossibilityofusingmetabolicfluxasacontrolfactorinsystem-wideoscillation,aswellasthepredictabilityofadenovogenemetaboliccircuitdesignedusingnonlineardynamicanalysis.MetabolicEngineeringandSystemsBiologyLab.ProfessorJamesC.Liao,UCLANon-FermentativePathwaysforSynthesisofBranched-C

49、hainHigherAlcoholsasBiofuels,Nature,451:86-89HerewepresentasyntheticapproachusingEscherichia coli toproducehigheralcoholsincludingisobutanol,1-butanol,2-methyl-1-butanol,3-methyl-1-butanoland2-phenylethanolfromarenewablecarbonsource,glucose.Thisstrategyleveragesthehostshighlyactiveaminoacidbiosynthe

50、ticpathwayanddivertsits2-ketoacidintermediatesforalcoholsynthesis.Inparticular,wehaveachievedhighyield,highspecificityproductionofisobutanolfromglucose.Thestrategyenablestheexplorationofbiofuelsbeyondthosenaturallyaccumulatedtohighquantitiesinmicrobialfermentation.Fig.1Productionofhigheralcoholsthro