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刘海燕 《生物化学与生物物理进展》2012,39(2):119-125
合成生物学的目标包括“通过合成来理解生命”以及用现代工程学方法设计合成复杂生物系统.其工程学目标的实现依赖于可集成、可调控、可重用、功能多样的蛋白质、RNA、DNA等基本分子元件.以分子机制为基础,合理设计与实验室进化相结合,改造和创建生物分子的相互作用特异性、调控方式、定量活性等,是实现生物系统人工调控与编程的重要策略,同时为自下而上设计合成日益复杂的人工生物系统奠定基础. 相似文献
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合成生物学旨在基于工程学原理,通过人工合成生物调控元件、模块和基因调控网络等对细胞进行设计和改造,以实现细胞和生命体的定向演化。在医学研究中,合成生物学主要采用人工设计合成治疗性的基因回路,制备工程化细胞植入体内,纠正机体已发生缺陷的生物调控元件,以达到治疗疾病的目的。本文对合成生物学的兴起、发展及其在医学中的应用和研究进展进行了综述。 相似文献
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基因调控工具在蓝藻合成生物学领域的应用尤为重要,可实现基因表达调控、工程株开发以及附加经济产物的生产。小RNA调控工具是基于小RNA的靶向特异性调控原理,并与合成生物学相结合,进行靶基因特异性调控的定量、全局调控工具。它将小RNA与其靶标作为互作反应模块,并以诱导表达开关、支架序列与伴侣蛋白等作为辅助模块。这类工具已被应用于高附加经济产物合成与藻株对燃料与化学品的耐受性修饰。根据小RNA工具的不同调控特性,对近年来小RNA调控工具的种类、调控原理、辅助模块的选择与改造,以及在合成附加经济产物、提高蓝藻耐受性实验中获得的研究进展进行综述,探讨小RNA工具在应用中可能存在的问题及未来发展前景,为设计高效、精确的分子编辑工具提供参考。 相似文献
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光遗传学技术是将遗传学技术与光控技术相结合,利用光源控制生物过程的一项全新技术。光控表达系统是基于光遗传学技术与合成生物学方法相结合的策略,将光作为感测模块与生物体内已有的基因模块组合构成全新的基因回路,通过光信号动态调控基因表达的系统。该系统是一种低成本、低毒性、高灵活性的新型动态调控开关,对基因精准调控的同时还能有效解决能源短缺问题。目前,该系统已经成熟地应用于疾病诊疗、材料合成等领域,同时也极大促进了微生物代谢及合成生物学的发展。光受体是光遗传学技术中不可缺少的工具元件,根据不同生物光受体的感光特性,介绍用于控制基因表达的光调控系统,重点分析其在调控微生物系统内基因表达、代谢途径和药物递送中的应用,探讨光遗传学技术在合成生物学应用中可能存在的问题及未来发展前景。 相似文献
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新型基因表达调控元件——人工核糖开关的构建及筛选 总被引:1,自引:0,他引:1
核糖开关作为一种新发现的RNA元件,可以高效、准确、快速地执行基因调控任务,且免疫原性低,有可能在将来以顺式模块的方式应用于未来的基因治疗。近年来已经成功构建了多种人造核糖开关,构建方法主要是利用人工适体元件与基因表达调控元件组装,或者是在天然核糖开关基础上进行改造。文中全面综述了涉及人工核糖开关设计及筛选的技术,讨论了可以用于哺乳细胞、响应非天然配体信号、调控特征为热力学和动力学控制的核糖开关的设计新策略,并对核糖开关的筛选构建策略及其在基因治疗及新型药物开发领域的应用前景进行了展望。尽管目前将核糖开关设计成为功能强大的新型基因调控系统还面临很大的困难,但通过构效关系的研究、计算机辅助设计、体外筛选及细胞内筛选技术、高通量优化筛选等技术的综合应用,核糖开关一定可以成为有力的基因调控工具,如能成功应用则可大大促进基因治疗临床化的进程。 相似文献
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合成生物学是一个新兴的研究领域,它是指新的人工生物路径、有机体或装置的设计和构建,或者对自然生物系统进行重新设计。利用合成生物学改造肠道微生物中的共生细菌,使其实现对肠道菌群或肠道细胞状态的靶向调控,可以有效的改善宿主的肠道健康状态。由于该方法可塑性较强,可调控的靶标范围广泛、调控针对性强,副作用少,因此已逐步应用于肠道疾病的治疗中。综述了合成生物学在杀死肠道致病菌,维持肠道菌群平衡,协助肠道代谢营养物质,改善代谢疾病,诊断肠道疾病,定位肿瘤组织及调节肠道免疫系统等方面的研究进展,分析了现阶段合成生物学用于改善肠道健康状态中的优势和存在的问题,并在此基础上提出了"应用合成生物学建立人体肠道健康调控的新型功能性益生菌系统,实现对肠道健康的个性化医疗"的技术路线和管理体系。 相似文献
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合成生物学自诞生以来对生物学领域的研究产生了重要的影响。利用工程学思维与方法,合成生物学揭开了生命系统许多调控机制,改造并扩展了一系列生物元件,同时带来了广泛的生物医学应用,为疾病诊断与治疗提供了新的思路。本文综述了适用于哺乳动物细胞或者细菌的合成基因线路并用于疾病诊断与治疗领域的最新进展,为未来智能药物设计提供新的思路。 相似文献
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Gene switches have wide utility in synthetic biology, gene therapy, and developmental biology, and multiple orthogonal gene switches are needed to construct advanced circuitry or to control complex phenotypes. Endogenous vascular endothelial growth factor (VEGF‐A) is crucial to angiogenesis, and it has been shown that multiple alternately spliced VEGF‐A isoforms are necessary for proper blood vessel formation. Such a necessity limits the utility of direct transgene delivery, which can provide only one splice variant. To overcome this limitation, we constructed a gene switch that can regulate the (VEGF‐A) locus in mammalian cells by combining an engineered estrogen receptor (ER) ligand‐binding domain (LBD), a p65 activation domain, and an artificial zinc‐finger DNA binding domain (DBD). Our gene switch is specifically and reversibly controlled by 4,4′‐dyhydroxybenzil (DHB), a small molecule, non‐steroid synthetic ligand, which acts orthogonally in a mammalian system. After optimization of the gene switch architecture, an endogenous VEGF‐A induction ratio of >100‐fold can be achieved in HEK293 cells at 1 µM DHB, which is the highest endogenous induction reported to date. In addition, induction has been shown to be reversible, repeatable, and sustainable. Another advantage is that the ligand response is tunable by varying the clonal composition of a stably integrated cell line. The integration of our findings with the technology to change ligand specificity and DNA binding specificity will provide the framework for generating a wide array of orthogonal gene switches that can control multiple genes with multiple orthogonal ligands. Biotechnol. Bioeng. 2013; 110: 1419–1429. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. 相似文献
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合成生物学是一个拥有巨大潜力的新兴学科,合成生物学技术的发展将会对未来生物、医药、农业、能源、材料和环保等方面产生巨大的推进作用。基因合成是合成生物学中最基本和使用最多的一种技术手段,合成生物学的快速发展对基因合成能力提出了空前需求。综述基因合成技术的发展历史、现状和未来趋势,探讨基因合成技术存合成生物学以及整个生命科学研究中的应用和重要意义。 相似文献
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Keiji Numata Misato Ohtani Takeshi Yoshizumi Taku Demura Yutaka Kodama 《Plant biotechnology journal》2014,12(8):1027-1034
Quick and facile transient RNA interference (RNAi) is one of the most valuable plant biotechnologies for analysing plant gene functions. To establish a novel double‐strand RNA (dsRNA) delivery system for plants, we developed an ionic complex of synthetic dsRNA with a carrier peptide in which a cell‐penetrating peptide is fused with a polycation sequence as a gene carrier. The dsRNA–peptide complex is 100–300 nm in diameter and positively charged. Infiltration of the complex into intact leaf cells of Arabidopsis thaliana successfully induced rapid and efficient down‐regulation of exogenous and endogenous genes such as yellow fluorescent protein and chalcone synthase. The present method realizes quick and local gene silencing in specific tissues and/or organs in plants. 相似文献
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Diane M. Longo Alexander Hoffmann Lev S. Tsimring Jeff Hasty 《Systems and synthetic biology》2010,4(1):15-23
A quantitative analysis of naturally-occurring regulatory networks, especially those present in mammalian cells, is difficult
due to their high complexity. Much simpler gene networks can be engineered in model organisms and analyzed as isolated regulatory
modules. Recently, several synthetic networks have been constructed in mammalian systems. However, most of these engineered
mammalian networks have been characterized using steady-state population level measurements. Here, we use an integrated experimental-computational
approach to analyze the dynamical response of a synthetic positive feedback network in individual mammalian cells. We observe
a switch-like activation of the network with variable delay times in individual cells. In agreement with a stochastic model
of the network, we find that increasing the strength of the positive feedback results in a decrease in the mean delay time
and a more coherent activation of individual cells. Our results are important for gaining insight into biological processes
which rely on positive feedback regulation. 相似文献