第一节：合成生物学概述 00以一、定义 合成生物学是指按照一定的规律和已有的知识，①设计和建造新的生物零 件、装置和系统；②重新设计已有的天然生物系统为人类的特殊目的 [Synthetic Biology is A)the design and construction of new biological parts,devices,and systems,and B)the re-design of existing,natural biological systems for useful purposes.] 2
一、定义 第一节：合成生物学概述 2 合成生物学是指按照一定的规律和已有的知识，①设计和建造新的生物零 件、装置和系统；②重新设计已有的天然生物系统为人类的特殊目的 服务［Synthetic Biology is：A）the design and construction of new biological parts，devices，and systems，and B）the re-design of existing，natural biological systems for useful purposes. ］
第一节：合成生物学概述 0似二、合成生物学的工程本质 生物系统的层次化结构设计是合成生物学工程化本质的典型体现。 具有一定功能的DNA序列组成最简单的生物部件(pat),不同功能 的生物部件按照一定的逻辑和物理连接组成复杂的生物装置(device), 不同功能的device协同运作组成更加复杂的生物系统(system),含 有多种不同功能system的生物体彼此通讯、互相协调组成更复杂的多 细胞生物系统。 3
二、合成生物学的工程本质 第一节：合成生物学概述 3 生物系统的层次化结构设计是合成生物学工程化本质的典型体现。 具有一定功能的 DNA 序列组成最简单的生物部件（part），不同功能 的生物部件按照一定的逻辑和物理连接组成复杂的生物装置（device）， 不同功能的 device 协同运作组成更加复杂的生物系统（system），含 有多种不同功能 system 的生物体彼此通讯、互相协调组成更复杂的多 细胞生物系统
第一节：合成生物学概述 0似二、合成生物学的工程本质 System Device 1 Device 2 Device m Part1 Part2 6t8868 Partn GTTTCTT..TCTAGAG GTTTCCT...TCTAGTG GTTTCCT·TCTAGTG 基因线路的层次性结构示意图
二、合成生物学的工程本质 第一节：合成生物学概述 4 基因线路的层次性结构示意图
第一节：合成生物学概述 0似三、合成生物学的研究内容 (一)生物分子的合成与模块化 1、蛋白质的人工合成与模块化 2、核酸分子的人工合成 (二)生物底盘的简化与模块化 (三)基因线路的设计与构建
三、合成生物学的研究内容 第一节：合成生物学概述 5 （一）生物分子的合成与模块化 1、蛋白质的人工合成与模块化 2、核酸分子的人工合成 （二）生物底盘的简化与模块化 （三）基因线路的设计与构建
第一节：合成生物学概述 00似三、合成生物学的研究内容 (四)合成代谢网络 (五)多细胞系统研究 (六)数学模拟和功能预测 6
三、合成生物学的研究内容 第一节：合成生物学概述 6 （四）合成代谢网络 （五）多细胞系统研究 （六）数学模拟和功能预测
第二节合成生物学基础研究经典实例 例队一、在大肠杆菌中构建双稳态开关 (一)基因线路设计 诱导物2 阻遏蛋白2 启动子1 阻遏子1 激活 阻遏子2 启动子2 阻遏蛋白1 诱导物1 双稳态开关的基因线路设计
一、在大肠杆菌中构建双稳态开关 第二节 合成生物学基础研究经典实例 7 （一）基因线路设计 双稳态开关的基因线路设计
第二节合成生物学基础研究经典实例 例队一、在大肠杆菌中构建双稳态开关 (二)基因线路实现 为了实现设计的基因线路逻辑功能，必须选择恰 当的基因功能模块。 8
一、在大肠杆菌中构建双稳态开关 第二节 合成生物学基础研究经典实例 8 （二）基因线路实现 为了实现设计的基因线路逻辑功能，必须选择恰 当的基因功能模块
第二节合成生物学基础研究经典实例 们队一、在大肠杆菌中构建双稳态开关 (三)数学模型建立 a b 状态1 du/dt=0 分界线 V do/dt=0 du/dr=0 状态2 do/dt-0 相对稳态 状态2 U U a1≈a2 a1>a2 双稳态开关状态图 9
一、在大肠杆菌中构建双稳态开关 第二节 合成生物学基础研究经典实例 9 （三）数学模型建立 双稳态开关状态图
第二节合成生物学基础研究经典实例 们队一、在大肠杆菌中构建双稳态开关 (四）功能检测 a b IPTG 42℃ APTAK117 IPTG aTc ■plKE107 opTAK130 o pIKE105 .pTAK131 ■pTAK132 0 0 0 opTAK102 1 opTAK102 (control) (control) 0 0 0 一 opTAK106 g pIKE108 (control) (control) 0 0 ● 5 10 15 20 0 5 10 15 20 时间h 时间h 双稳态开关实验结果图 10
一、在大肠杆菌中构建双稳态开关 第二节 合成生物学基础研究经典实例 10 （四）功能检测 双稳态开关实验结果图
第二节合成生物学基础研究经典实例 们八二、构建Repressilator基因振荡器 (一)基因线路设计 TetR CI tetR-lite cI-lite lacI-lite 阻遏 激活 Peto Pr LacI 自激振荡环基因线路图 11
二、构建 Repressilator 基因振荡器 第二节 合成生物学基础研究经典实例 11 （一）基因线路设计 自激振荡环基因线路图