检索结果-内蒙古大学图书馆

合成生物学 2025年第1期6卷 18-44页

作者：郭姝媛张倩楠姑丽克孜·买买提热夏提杨一群于涛中国科学院深圳先进技术研究院深圳合成生物学创新研究院合成生物化学研究中心广东深圳518055 中国科学院深圳先进技术研究院深圳合成生物学创新研究院中国科学院定量工程生物学重点实验室广东深圳518055

人类社会发展对化石燃料的依赖导致了资源枯竭的加剧及显著的气候变化,迫切需要开发能够代替化石燃料的新型生物燃料。虽然已有生物乙醇和生物柴油等生物能源,但其生产规模和成本仍然是大规模应用的主要问题。近年来,随着可再生能源技... 详细信息

人类社会发展对化石燃料的依赖导致了资源枯竭的加剧及显著的气候变化,迫切需要开发能够代替化石燃料的新型生物燃料。虽然已有生物乙醇和生物柴油等生物能源,但其生产规模和成本仍然是大规模应用的主要问题。近年来,随着可再生能源技术的发展,结合代谢工程及新兴的合成生物学,开发基于CO_(2)合成的新兴生物燃料,逐渐成为未来绿色能源的重要研究方向。本文综述了生物燃料的种类及四代生物燃料的发展情况,并着重介绍了第三代和第四代生物燃料丰富的底物原材料、多能源偶联合成生物燃料的研究现状、合成生物学在其中的应用及现阶段的研究进展。最后概括了合成生物燃料所面临的困境,主要包括原料的供应及成本,新型液体生物燃料产量低和产品种类少等问题,并提出相应的解决办法,以二氧化碳作为主要原材料,结合自养型微生物及甲基营养型微生物等细胞工厂,通过优选固碳途径、转化二氧化碳为甲醇等低碳底物及多能源耦合等方式实现多种生物燃料的合成,以期扩大生物燃料的产能及应用范围,进一步推动新型生物燃料的产业化进程。

关键词：合成生物燃料新型生物能源一碳底物可再生能源微生物代谢工程

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微生物利用CO_(2)及其低碳衍生物为原料制备粮食类产物的研究进展

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生物工程学报 2024年第8期40卷 2731-2746页

作者：白振敏郭姝媛杨一群庄周康曹文兵杨研于涛汤红婷中海石油化学股份有限公司北京100029 中国科学院深圳先进技术研究院、深圳合成生物学创新研究院合成生物化学研究中心广东深圳518055 中国科学院深圳先进技术研究院、深圳合成生物学创新研究院定量合成生物学重点实验室深圳518055 中国科学院深圳先进技术研究院碳中和与粮食安全交叉创新联合实验室广东深圳518055

微生物细胞工厂的构建和优化是实现绿色生物制造的重要环节和关键技术。现阶段,过量二氧化碳(CO_(2))排放和粮食短缺等问题已经引起了广泛关注,这促进了利用人工微生物将CO_(2)转化为粮食类化合物这一新兴研究方向的发展。该领域的研究... 详细信息

微生物细胞工厂的构建和优化是实现绿色生物制造的重要环节和关键技术。现阶段,过量二氧化碳(CO_(2))排放和粮食短缺等问题已经引起了广泛关注,这促进了利用人工微生物将CO_(2)转化为粮食类化合物这一新兴研究方向的发展。该领域的研究不仅有助于实现“双碳”目标,也对维护粮食安全具有重大意义。本文主要围绕葡萄糖、糖类衍生物、单细胞蛋白的生物合成及人工碳固定途径的开发及应用等方面,对直接或者间接利用CO_(2)制备粮食类化合物的研究进展进行了综述和展望。

关键词：二氧化碳低碳原料粮食类化合物糖类衍生物单细胞蛋白

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若干裂解基因盒子的表征及应用

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生物工程学报 2023年第3期39卷 1142-1162页

作者：付生伟金帆中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心安徽合肥230026 中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所定量生物学研究中心广东深圳518055

裂解作为合成生物学中的常见功能模块单元,在基因线路设计方面具有广泛的运用。裂解主要通过诱导表达噬菌体的裂解基因盒子实现,不过,尚未有关于裂解基因的详细表征。本研究首先利用阿拉伯糖和鼠李糖诱导系统在大肠杆菌(Escherichia col... 详细信息

裂解作为合成生物学中的常见功能模块单元,在基因线路设计方面具有广泛的运用。裂解主要通过诱导表达噬菌体的裂解基因盒子实现,不过,尚未有关于裂解基因的详细表征。本研究首先利用阿拉伯糖和鼠李糖诱导系统在大肠杆菌(Escherichia coli)Top10表达了5种裂解基因盒子(S105,A52G,C51S S76C,LKD,LUZ),通过OD_(600)值的测量,表征了在不同生长阶段、诱导剂浓度、质粒拷贝数等条件下,含有不同裂解基因盒子的大肠杆菌菌株Top10的裂解行为。结果表明,虽然5种裂解基因盒子在大肠杆菌内都可以有效引起宿主的裂解,但是裂解行为在不同条件下有较大差异。进一步地,由于诱导系统在不同宿主之间背景表达水平的差异,导致在铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)PAO1中难以构建可诱导的裂解系统。经过筛选,通过基因组插入的方式,利用鼠李糖诱导系统对裂解基因盒子在铜绿假单胞菌中引起的裂解行为进行表征。结果显示,LUZ和LKD具有较强的使铜绿假单胞菌裂解的能力,而S_(105)、A52G、C51S S76C对铜绿假单胞菌的裂解能力较差。最后,利用LUZ和光遗传学工具BphS,通过调整核糖体结合位点(ribosome binding site,RBS)的强度,构建了可在指定表面黏附并裂解的工程菌Q16,该菌株具有应用于表面修饰的巨大潜力。

关键词：裂解基因盒子诱导系统合成生物学光遗传学表面修饰

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生物振荡的设计原理与人工合成

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合成生物学 2025年

作者：姜源旭范盈盈魏平中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所细胞与基因线路设计中心北京大学前沿交叉学科研究院定量生物学中心

振荡现象在各类生物体系中发挥着关键的生理功能。自上世纪50年代以来，学界就已经开始了关于生物振荡成因的理论探索。进入本世纪，三抑制振荡子（repressilator）系统的人工合成，标志着现代合成生物学的开端，也标志着人工合成生物... 详细信息

振荡现象在各类生物体系中发挥着关键的生理功能。自上世纪50年代以来，学界就已经开始了关于生物振荡成因的理论探索。进入本世纪，三抑制振荡子（repressilator）系统的人工合成，标志着现代合成生物学的开端，也标志着人工合成生物振荡的研究开启了黄金时代。本文将回顾本领域近二十余年的发展成果，从设计原理、人工合成与实际应用三个方面加以论述。生物振荡产生的三个主要条件是负反馈网络结构、足够长的时间延迟和非线性调控关系；通过调整网络拓扑结构或引入外界周期信号，可以提升振荡的可调性与稳定性。最早的合成振荡系统完全基于转录调控，而时至今日，在蛋白、代谢乃至多细胞群体水平的合成振荡都已实现。这种人工合成的振荡系统将有助于调控种群生长、提高发酵效率、影响细胞命运，并有望为免疫治疗提供全新的思路。

关键词：生物振荡调控网络网络拓扑同步化人工合成

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铜绿假单胞菌中快速基因操作工具的开发和应用

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生物工程学报 2023年第4期39卷 1789-1803页

作者：李飞旋倪磊金帆中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心安徽合肥230026 中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所广东深圳518055

针对基因的操作,包括缺失和插入基因、替换基因元件(如启动子)、融合荧光蛋白基因、构建原位的基因报告系统,是大多数生物技术实验室的必备技术。目前广泛使用的基于2次同源重组的基因操作方法,在构建质粒、转化和筛选方面较为繁琐。另... 详细信息

针对基因的操作,包括缺失和插入基因、替换基因元件(如启动子)、融合荧光蛋白基因、构建原位的基因报告系统,是大多数生物技术实验室的必备技术。目前广泛使用的基于2次同源重组的基因操作方法,在构建质粒、转化和筛选方面较为繁琐。另外使用该方法进行长片段敲除的效率较低。为了简化基因操作的流程,本研究构建了一个最小化的铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)整合型质粒pln2,只需将目标基因内部一段序列克隆到pln2质粒并导入细菌,由于质粒不能在细菌内自我复制而只能通过单次等位基因交换整合到基因组上,从而使目的基因断裂为两部分而失去活性。在pln2的基础上开发了一整套工具质粒适用于基因组的不同操作,包括融合荧光蛋白基因、替换基因元件(如启动子)、构建原位的转录型荧光报告系统。此外,本研究借助该系统成功实现超长片段基因簇的敲除,单次可以敲除长达270 kb的片段。

关键词：基因操作单交换同源重组铜绿假单胞菌长片段敲除新技术与新方法

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人工智能与大数据在材料科学中的融合:新范式与科学发现

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科学通报 2024年第32期69卷 4730-4747页

作者：杨帅刘建军金帆陆颖中国科学院成都文献情报中心成都610299 中国科学院大学经济与管理学院信息资源管理系北京100049 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海200050 中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所深圳518055

材料科学作为一门关键学科,在推动社会进步和科技创新中发挥着不可替代的作用.随着人工智能(artificial intelligence,AI)和大数据技术的飞速发展,材料科学的研究范式正在经历一场深刻的变革,本综述探讨了AI与大数据结合,如何重塑材料... 详细信息

材料科学作为一门关键学科,在推动社会进步和科技创新中发挥着不可替代的作用.随着人工智能(artificial intelligence,AI)和大数据技术的飞速发展,材料科学的研究范式正在经历一场深刻的变革,本综述探讨了AI与大数据结合,如何重塑材料科学的研究范式(AI formaterials science),加速计算材料学的发展,并推动实验过程的革新.首先,概述了大数据背景下材料数据库的基础设施建设.这些数据库作为科研工作的基石,为材料数据的存储、管理和分析提供了强大的支持.接着,讨论了AI技术在材料发现周期各阶段的应用,并介绍了AI与实验室自动化和机器人技术融合形成的自我驱动实验室(self-driving laboratories,SDLs)的兴起.SDLs实现了材料发现的完整闭环流程,推动了科学研究向自主科学发现模式的重要转变.此外,大型语言模型(largelanguagemodels,LLMs)的发展更是为自然语言理解带来了革命性变化,推动科学LLMs的兴起,拓宽了从文本理解到科学探索的能力.本文进一步综述了材料科学中大型语言模型的最新进展,强调了它们在加速材料发现过程中的关键作用.最后,探讨了AI在材料研究中的巨大潜力,并审视了构建材料研究智能生态系统所面临的挑战.通过对相关研究进展的梳理,本文旨在为科研人员提供信息参考,并揭示AI在材料研究中的重要性.

关键词：人工智能材料发现自我驱动实验室大型语言模型

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铜绿假单胞菌中S型绿脓杆菌素与荧光嗜铁素的功能协同性分析

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生物工程学报 2023年第4期39卷 1562-1577页

作者：陈文辉金帆中国科学技术大学高分子科学与工程系合肥微尺度物质科学国家研究中心安徽合肥230026 中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所广东深圳518055

在铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)中,S型绿脓杆菌素S2和S4与细菌中的铁载体荧光嗜铁素(pyoverdine)使用相同的摄取通道,表明二者之间存在某些联系。本研究表征了细菌中3个S型绿脓杆菌素(Pys2、PA3866、PyoS5)的单细菌基因表达分... 详细信息

在铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)中,S型绿脓杆菌素S2和S4与细菌中的铁载体荧光嗜铁素(pyoverdine)使用相同的摄取通道,表明二者之间存在某些联系。本研究表征了细菌中3个S型绿脓杆菌素(Pys2、PA3866、PyoS5)的单细菌基因表达分布,并研究了S2型绿脓杆菌素对细菌摄取荧光嗜铁素的影响。结果表明,在DNA损伤压力下,S型绿脓杆菌素基因的表达在细菌种群中呈现出高度分化,外源加入S2型绿脓杆菌素会减少细菌对荧光嗜铁素的摄取,因此S2型绿脓杆菌素的存在会阻止不合成荧光嗜铁素的“欺骗者”摄取环境中荧光嗜铁素,进而减弱其对活性氧(reactive oxygen species,ROS)压力的抵抗能力。另外我们发现,在细菌中过表达SOS响应(SOS response)调节因子PrtN时,荧光嗜铁素相关合成基因的表达量显著降低,进而导致荧光嗜铁素的总合成量和外分泌量显著降低。以上结果表明细菌中SOS压力响应系统与铁摄取系统的功能是存在相互联系的。

关键词： SOS响应绿脓杆菌素荧光嗜铁素活性氧压力铜绿假单胞菌

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合成生物学发展与展望

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前进论坛 2024年第4期 57-62页

作者：刘陈立张先恩傅雄飞李玉娟中国科学院深圳先进技术研究院国家生物制造产业创新中心深圳合成生物学创新研究院深圳理工大学合成生物学院中国科学院生物物理研究所中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所战略发展办公室

合成生物学作为认识生命的“钥匙”、改变未来的颠覆性技术,打开了从非生命物质向生命物质转化的大门,实现生命体系的理性设计与编辑,为生命科学研究提供了新范式,引领生物技术迭代发展,催生下一代生物制造新质生产力,塑造未来生物经济... 详细信息

合成生物学作为认识生命的“钥匙”、改变未来的颠覆性技术,打开了从非生命物质向生命物质转化的大门,实现生命体系的理性设计与编辑,为生命科学研究提供了新范式,引领生物技术迭代发展,催生下一代生物制造新质生产力,塑造未来生物经济。发展二十余年来,合成生物学领域已取得系列突破,创新应用逐步实现,学科体系逐渐形成。合成生物学发展内容主要包括以下三个方面:一是理论体系的提出与构建;二是使能技术的系列突破;三是创新应用的逐步实现。基于合成生物学“造物致知”和“造物致用”核心理念,本文提出,合成生物学的未来发展趋势即人工合成单细胞生命和人工智能(AI)驱动的生物制造。

关键词：合成生物学生物制造新质生产力人工合成细胞人工智能

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面向合成生物学的机器学习方法及应用

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科学通报 2021年第3期66卷 284-299页

作者：胡如云张嵩亚蒙海林余函张建志罗小舟司同刘陈立乔宇中国科学院深圳先进技术研究院先进计算与数字工程研究所深圳518055 中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所深圳518055 深圳合成生物学创新研究院深圳518055 中国科学院定量工程生物学重点实验室深圳518055 广州中国科学院先进技术研究所生物工程研究中心广州511458

机器学习的目标是设计可以根据先验知识和观测数据不断改进其性能的算法.该算法可以帮助机器从大量的数据中提取知识,从而提升其在特定任务上的性能.作为数据驱动的方法,机器学习可以有效利用高通量实验技术产生的大批量生物数据,实现... 详细信息

机器学习的目标是设计可以根据先验知识和观测数据不断改进其性能的算法.该算法可以帮助机器从大量的数据中提取知识,从而提升其在特定任务上的性能.作为数据驱动的方法,机器学习可以有效利用高通量实验技术产生的大批量生物数据,实现合成生物体的功能预测与智能化设计,改变合成生物学的研究范式.本文首先介绍机器学习在合成生物学领域广泛应用的几个模型及方法,如支持向量机、神经网络、生成式对抗网络、深度强化学习等.然后介绍机器学习方法在合成生物学领域的典型应用,如启动子预测、酶催化设计、代谢途径构建、基因线路设计等.本文综述面向合成生物学的机器学习方法及应用,并试图启发读者如何选择和设计机器学习方法用于合成生物学的研究.

关键词：机器学习合成生物学生物元件设计生物网络设计

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构建链霉菌无细胞平台挖掘套索肽类天然产物

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微生物学报 2022年第5期62卷 1754-1768页

作者：潘陈梦笑刘天罡刘然武汉大学药学院组合生物合成与新药发现教育部重点实验室武汉湖北430071 中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所中国科学院定量工程生物学重点实验室深圳广东518055

【目的】套索肽作为一类核糖体翻译后修饰肽(RiPPs)广泛分布于放线菌中,以其独特的修饰结构和多样的生理活性受到了广泛的关注。为了更好地研究未知的套索肽,期望开发基于链霉菌的无细胞转录翻译平台(下称“无细胞平台”)实现无细胞合... 详细信息

【目的】套索肽作为一类核糖体翻译后修饰肽(RiPPs)广泛分布于放线菌中,以其独特的修饰结构和多样的生理活性受到了广泛的关注。为了更好地研究未知的套索肽,期望开发基于链霉菌的无细胞转录翻译平台(下称“无细胞平台”)实现无细胞合成套索肽或其前体肽。【方法】首先尝试以不同的链霉菌构建无细胞合成平台,并以绿色荧光蛋白为报告蛋白对平台产率进行优化;在构建合适稳定的表达体系后,将包含有套索肽生物合成基因的质粒引入体系中以探索套索肽的无细胞合成。【结果】在对基于模式菌株Streptomyces lividans TK24的无细胞体系进行制备工艺、体系组分、反应条件等多个参数进行优化后,该体系最高能达到90μg/mL的荧光蛋白表达量;基于该体系成功表达了目标套索肽的前体肽,并通过融合SUMO标签增加前体肽在该体系中的稳定性。【结论】本研究成功构建了一类链霉菌无细胞平台,为丰富来源的基因表达提供了可能性。尽管该体系在对表达套索肽未知蛋白的适用性上仍有待进一步提升,但无细胞平台在天然产物的探索中将起到越来越重要的作用。

关键词：链霉菌无细胞平台套索肽天然产物

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