《合成生物学》李春.pdf

【作　者】（中国）李春

【丛书名】普通高等教育规划教材

【形态项】 271

【出版项】 北京：化学工业出版社 , 2019.10

【ISBN号】978-7-122-35025-1

【中图法分类号】Q503

【原书定价】59.00

【主题词】生物合成

【参考文献格式】 （中国）李春. 合成生物学. 北京：化学工业出版社, 2019.10.

内容提要:
本书内容涉及合成生物学概述、合成生物学原理、合成生物系统的基因线路、合成生物系统的设计与组装、合成生物系统的调控与优化、无细胞合成生物系统、合成生物学建模与计算机辅助工具、合成生物学的应用、合成生物学引发的新浪潮与颠覆共九章。 作为一本系统性总结和阐述合成生物学理念、理论、方法和工程应用的教材，本书适用于生物类、化工类、环境类、医药类专业的高年级本科生和研究生的教学，对从事生物、医药、化工、能源、资源和环境等领域的科技工作者也有裨益。

第1章生物学概述001
1.1生物学的起源与发展002
1.1.1生物学的诞生与历史002
1.1.2发展中的重要科学发现和重要节点003
1.1.3生物学的定义与研究策略003
1.1.4生物学的发展趋势预测003
1.2生物学的产生过程005
1.2.1与遗传学和分子生物学的交叉005
1.2.2与生物学和生物信息学的交叉005
1.2.3与基因工程和代谢工程的交叉006
1.3生物学的工程化特质与研究范畴008
1.3.1生物学的工程化特质008
1.3.2生物学的研究范畴009
参考文献012 第2章生物学原理014
2.1生物学解析的思路014
2.1.1生物的解耦015
2.1.2生物的抽提015
2.1.3生物的标准化015
2.2生物积块的标准化及定量化016
2.2.1生物积块的通用符号和功能描述017
2.2.2生物积块的标准连接方法017
2.2.3生物积块标准的定量机制018
2.3生物的层级化结构020
2.3.1生物元件020
2.3.2生物装置021
2.3.3生物022
2.3.4多细胞交互与群体感应023
2.4生物的逻辑结构024
2.4.1生物的基本逻辑结构025
2.4.2生物的组合逻辑结构030
2.4.3生物逻辑结构分析的重要性031
2.5生物定量研究方法032
2.5.1生物学设计方法概述032
2.5.2生物学计算模型概述033
2.6生物的设计原理与简约性036
2.6.1生物的设计原理036
2.6.2生物的简约性038
2.7新反应与网络的设计原理039
2.7.1基因网络的工程化设计原理039
2.7.2新反应途径的开发040
2.7.3定向进化基因网络设计原理040
2.7.4组合同源代谢网络041
2.7.5组合异源代谢网络043
参考文献043 第3章生物的基因线路047
3.1基因线路概述048
3.1.1基因线路的起源048
3.1.2基因线路的类型049
3.2基因线路调控元件049
3.2.1启动子049
3.2.2终止子050
3.2.3弱化子051
3.2.4增强子052
3.2.5阻遏子053
3.2.6绝缘子054
3.2.7核糖体结合位点054
3.2.8转录因子055
3.3逻辑门基因线路055
3.3.1“与”门基因线路056
3.3.2“或”门基因线路056
3.3.3“非”门基因线路057
3.3.4“与非”门基因线路057
3.3.5“或非”门基因线路058
3.4开关基因线路059
3.4.1转换开关059
3.4.2双相开关059
3.4.3核糖开关060
3.4.4RNA开关060
3.4.5双稳态开关061
3.5基因线路调控方式062
3.5.1基因线路纠错062
3.5.2基因线路放大063
3.6基因线路实例063
3.6.1振荡器与生物节律063
3.6.2细胞记忆基因线路064
3.6.3光控开关与生物成像064
参考文献065 第4章生物的设计与组装068
4.1生物的设计070
4.1.1生物底盘细胞的选择070
4.1.2生物所需元件和途径挖掘072
4.1.3生物的计算机辅助设计与分析074
4.2生物的组装与构建075
4.2.1转录单元的组装075
4.2.2多基因代谢途径的构建077
4.2.3染色体和基因组的组装077
4.2.4生物的构建080
4.3生物的优化082
4.3.1单一基因的优化082
4.3.2多基因途径的组合优化085
4.3.3基因组简化和重构086
4.4生物的分析与筛选087
4.4.1生物分析技术088
4.4.2生物筛选技术090
4.5“设计构建检验重设计”的特征循环093
4.5.1功能模块与底盘适配性分析与评价094
4.5.2人工体系运行效率的优化095
4.5.3快速检测技术对生物重设计的影响095
4.5.4生物的性进化096
4.6生物中的细菌间相互作用097
4.6.1典型的群体感应098
4.6.2混菌（群体感应）在生物学中的应用100
参考文献105 第5章生物的调控与优化108
5.1生物的单点调控与优化109
5.1.1生物在DNA水平的调控与优化109
5.1.2生物在RNA水平的调控与优化110
5.1.3生物在蛋白质水平的调控与优化113
5.1.4生物在XNA以及XNAzymes的调控与优化116
5.1.5生物的全局调控与优化118
5.2生物在基因组水平的全局调控与优化119
5.2.1传统的基因打靶技术119
5.2.2Fok Ⅰ介导的生物基因组编辑技术（ZFN与TALEN）120
5.2.3CRISPR-Cas9介导的生物基因组编辑技术122
5.2.4基因组大片段的插入、删除和剪切-粘贴127
5.2.5宏基因组学和比较基因组学127
5.2.6总结与展望128
5.3生物的理性调节与随机调节128
5.3.1生物在转录组学和蛋白质组学水平的调控129
5.3.2生物在代谢组学水平的调控134
5.3.3生物在功能基因组学水平的调控137
5.3.4组学的未来139
参考文献140 第6章无细胞生物143
6.1无细胞生物学理念与设计原理144
6.1.1直接体系控制145
6.1.2原位检测和产品获取146
6.1.3加速“设计-构建-测试”周期147
6.1.4毒性物质忍耐性148
6.1.5扩展生命化学148
6.1.6经济性148
6.1.7效率148
6.2无细胞生物的分类148
6.2.1基于细胞提取物体系149
6.2.2纯化体系150
6.2.3多酶体系151
6.3无细胞生物的工程改造151
6.3.1优化151
6.3.2基因模板152
6.3.3蛋白质153
6.3.4小分子156
6.3.5人工细胞157
6.4无细胞生物的工程应用158
6.4.1结构生物学158
6.4.2高通量筛选159
6.4.3生物医药159
6.4.4生物催化161
6.4.5疾病诊断161
参考文献162 第7章生物学建模与计算机辅助工具167
7.1概述168
7.1.1生物学建模目的及模型特点168
7.1.2计算机技术对于生物学研究的重要性169
7.2生物数学建模的基本分析方法171
7.2.1生物建模的基本分析流程171
7.2.2模型拓扑结构的分析与确定172
7.2.3模型动力学参数的确定175
7.3生物数学模型的分析与评价177
7.3.1稳定性分析与评价177
7.3.2鲁棒性和敏感性分析179
7.4生物的基本数学模型181
7.4.1基本蛋白质表达模型181
7.4.2逻辑门模型182
7.4.3双稳态开关模型185
7.4.4振荡器模型186
7.4.5群体感应线路模型187
7.5生物在大数据时代的文库构建与建模189
7.5.1生物学模型与文库在大数据时代的特点189
7.5.2大数据时代下生物建模与文库构建的挑战和问题190
7.5.3生物建模在大数据时代的发展方向191
7.6计算机技术在生物学研究中的运用192
7.6.1生物小分子的计算机辅助设计与改造192
7.6.2基因线路的计算机辅助设计与分析194
7.6.3路径和反应过程的计算机辅助设计195
参考文献197 第8章生物学的应用200
8.1绿色化工方面的应用201
8.1.1化学品的绿色制造201
8.1.2生物能源的绿色制造210
8.2环境治理方面的应用216
8.3医面的应用218
8.3.1传染疾病的防治218
8.3.2癌症及其他疾病的治疗220
8.3.3药物筛选222
8.3.4生物医药的先进制造224
8.4抗逆性改造方面的应用227
8.4.1抗发酵物227
8.4.2抗毒性中间产物228
8.4.3抗毒性终产物229
8.5其他方面的应用229
8.5.1解释生物图案形成机理229
8.5.2构建大肠杆菌条件反射回路230
参考文献232 第9章生物学引发的新浪潮与颠覆235
9.1生物学的战略地位和经济效益236
9.1.1布局236
9.1.2各国战略投资分析236
9.1.3军事领域的应用241
9.1.4民用市场前景分析242
9.2生物学作为颠覆性新兴技术的优势244
9.2.1与传统农业、发酵产业的比较244
9.2.2颠覆性技术和手段245
9.2.3可持续性和潜力246
9.3主要生物学研究中心与热点247
9.3.1公立研发中心布局247
9.3.2私立研发中心布局247
9.3.3研究热点247
9.3.4研究前景与展望247
9.4生物学的安全与伦理探讨及策略248
9.4.1面临的伦理争议248
9.4.2伦理研究的意义249
9.4.3伦理研究的指导意义249
9.4.4伦理相关政策的完善249
参考文献251 附录252
附录一生物学专有名词英汉对照252
附录二国内外重要生物学会议及科学家简介257
附录三iGEM大赛以及作品简介262
附录四经典的生物学技术270
附录五主要的生物学网站和资源271