合成生物學研究的技術方法和工具手段，可以突破生命自然進化的限制，有望引領生命科學研究的未來，具有廣闊的應用前景。2004年，合成生物學被評為改變世界的十大新技術之一，2014年，又被美國國防部列為“21世紀優先發展的六大顛覆性技術之一”。近年來，我國也日益重視合成生物學領域的研究和人才培養。
《合成生物學：理論、方法與應用》共九章。**章合成生物學概述和第二章合成生物學的學科基礎，介紹了合成生物學的發展歷程，與分子生物學、基因工程等相關學科的聯系，使讀者對合成生物學有一個全面的認識；第三至八章分別介紹了合成生物系統的底盤、基因表達調控、生物磚、邏輯門、合成受體和基因線路設計，幫助讀者理解合成生物系統設計的工程化理念、原理策略和常用技術方法；第九章合成生物學應用，介紹了合成生物學在民用領域和軍事領域的典型應用。
目錄
**章 合成生物學概述 1
**節 合成生物學的起源與發展 1
一、合成生物學的起源 1
二、合成生物學的誕生 2
三、合成生物學的發展 3
四、合成生物學發展中的重要里程碑 5
五、我國合成生物學的發展 8
第二節 合成生物學的定義和內涵 9
一、合成生物學的定義 9
二、合成生物學的內涵 9
第三節 合成生物學面臨的問題 11
一、生物武器威脅 11
二、生物恐怖主義和生物犯罪威脅 12
三、網絡生物安全威脅 14
四、生物黑客 15
五、生態環境問題 16
六、倫理問題 17
參考文獻 18
第二章 合成生物學的學科基礎 21
**節 合成生物學與分子生物學 21
一、分子生物學對合成生物學的影響 21
二、合成生物學中的分子生物學要素 22
第二節 合成生物學與系統生物學 30
一、系統生物學對合成生物學的影響 30
二、合成生物學中的系統生物學要素 31
第三節 合成生物學與電子工程學 34
一、電子工程學對合成生物學的影響 34
二、合成生物學中的電子工程學要素 35
第四節 合成生物學與基因工程 36
一、基因工程對合成生物學的影響 36
二、合成生物學中的基因工程要素 37
第五節 合成生物學與代謝工程 46
一、代謝工程對合成生物學的影響 46
二、合成生物學中的代謝工程要素 47
參考文獻 50
第三章 合成生物系統的底盤 52
**節 底盤與底盤細胞 52
一、底盤的概念 52
二、常用的底盤細胞 52
第二節 底盤工程技術 55
一、工程化天然微生物 55
二、基因組精簡優化的微生物底盤 56
三、全合成底盤 57
第三節 基因線路導入底盤細胞的方法 58
一、導入大腸桿菌 59
二、導入動物細胞 59
三、導入酵母細胞 60
參考文獻 60
第四章 合成生物系統的基因表達調控 62
**節 基因表達調控的基本概念 62
第二節 基因表達調控過程 64
一、DNA復制與調控 64
二、轉錄與轉錄調控 65
三、翻譯及翻譯調控 68
第三節 基因表達調控對象 70
一、啟動子 70
二、操縱子 78
三、增強子 80
四、沉默子 81
五、弱化子 82
六、絕緣子 85
第四節 基因表達調控策略 85
一、基于啟動子和終止子的調控 85
二、基于DNA結合蛋白的調控 87
三、基于RNA的調控 87
四、基于重組酶的調控 114
五、基于CRISPR-Cas系統的調控 121
六、基于細菌雙組分信號轉導系統的調控 132
參考文獻 136
第五章 生物磚 139
**節 生物磚簡介 139
一、生物磚起源 139
二、生物磚標準 139
三、生物磚術語 140
第二節 生物磚3A拼接 142
一、3A拼接簡介 142
二、3A拼接原理 143
三、3A拼接標準 145
第三節 生物磚類型 149
一、啟動子 149
二、核糖體結合位點 151
三、蛋白質編碼序列 152
四、終止子 154
五、質粒骨架 155
第四節 生物磚管理 157
一、查看組件 157
二、提交組件 160
三、編輯組件 161
第六章 合成生物系統中的邏輯門 164
一、基本概念 164
二、非門 165
三、與門 166
四、或門 168
五、與非門 169
六、或非門 171
七、異或門 172
參考文獻 174
第七章 合成受體 175
**節 受體和配體 175
一、受體和配體的概念 175
二、天然受體的分類 176
第二節 用于檢測細胞表面結合分子的合成受體 186
一、嵌合抗原受體與SynNotch受體 186
二、用于檢測可溶性分子的受體 193
參考文獻 198
第八章 基因線路設計 200
**節 基因線路設計的工程化理念 200
一、研究策略 200
二、研究范式 200
三、設計原則 204
第二節 基因線路的結構 205
一、基本結構 205
二、級聯 206
三、反饋 209
四、前饋 212
第三節 影響基因線路的因素 215
一、元件因素 215
二、線路因素 216
三、底盤因素 216
第四節 **基因線路 217
一、雙穩態開關 217
二、振蕩線路 219
三、群體感應線路 222
四、細胞成像線路 224
五、計數器 227
六、放大器 230
七、細胞分類器 232
八、基因計算線路 233
參考文獻 236
第九章 合成生物學應用 238
**節 合成生物學在民用領域的應用 238
一、綠色生物制造 238
二、食品生產 240
三、環境治理 242
四、藥物篩選 244
五、傳染病防治 245
六、癌癥治療 249
七、生物醫藥制造 255
八、農業生產 258
九、其他應用 261
第二節 合成生物學在軍事領域中的應用 264
一、軍用醫藥開發 264
二、軍用能源 265
三、軍用材料 266
四、軍用生物傳感器 266
參考文獻 267
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