《合成生物学》PPT课件

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1、合成生物学Syntheticbiology(概念、原理、应用)36亿年前，一个微小的生命细胞在地球的荒野中诞生，它自我复制，它的后代们继续复制自我，就这样，随着遗传基因一代代变异，延续数十亿代。今天，每个生物体——每个人、植物、动物和微生物——都能从第一个细胞找到自己的起源。迄今为止，地球的生物大家族是我们在宇宙发现的唯一存在的一种生命。生命1.0版本生物大家族中的新成员不过现在，将会有一些新成员加入到这个生物大家族。在过去这些年里，科学家一直在尝试从零开始制造全新的生命形式——用化学物质造出合成ＤＮＡ（脱氧核糖核酸），由ＤＮＡ合成基因，再由基因形成基因组，最终在实验室造出全新生物体的分子系统

2、，而这种生物体在自然界从未出现过。这些向“造物主”的垄断地位发起挑战的人包括工程师、计算机学家、物理学家和化学家。他们以有别于传统生物学家的视角看待生命，并在2003年开创了一个全新的研究领域——合成生物学。由DNA重组技术到合成生物学理念：为细胞编写“基因软件”自然演化的有机体（即生物学家所谓的“生命1．0版本”）的基因组图谱正在以前所未有的速度被绘制完成，而其中的遗传密码也将被逐渐解开。合成生物学家认为，他们可以利用这些已知信息来设计、打造新生命形式。   在过去，遗传工程一直拘囿于对已有的遗传密码进行简单修补改造，比如从一种细菌中提取一个基因，然后植入玉米或猪的染色体。而合成生物学所要

3、打造的生命种类是全新的——它不是任何一个原始母细胞的后裔，也没有哪个物种是它的祖先。其实在本质上，这是一个逆自然的过程。合成生物学如果说1953年ＤＮＡ双螺旋分子结构的发现让分子生物学家意识到，基因与细胞的关系就像计算机的软件和硬件，那么合成生物学正在做的就是设计新“软件”、开发新“硬件”。生物资源研究的三个层次物种资源基因资源①1828年，德国化学家Wohler人工合成了存在于生物体内的一种有机物质-尿素，从而打破了“生命”与“非生命”之间的物质壁垒。②1960，我国科学家首次合成了具有生物活性的蛋白质-胰岛素。③当人类进入基因组和后基因组的二十一世纪的今天，科学家正在为人工合成生命而努力。

4、有活性的X174噬菌体(5386个bp)和脊髓灰质炎(7500个bp)已被科学家先后合成。④Mycoplasmalaboratorium⑤人工生命(以人工设计为主导)合成生物学DNA重组技术物种生物学转基因生物一亿种:140万种(占1.4%)人工合成脊髓灰白质炎病毒cDNA美国纽约大学Wimmer实验室于2002年报道了化学合成脊髓灰白质炎病毒cDNA，并用RNA聚合酶将它转成有感染活力的病毒RNA。开辟了利用已知基因组序列，不需要天然模板，从化合物单体合成感染性病毒的先河。Wimmer从装配平均长度为69bp的寡核苷酸入手，结合了化学合成与无细胞体系的从头合成，用了3年时间完成了这个划时代的

5、工作。Venter实验室发展了合成基因组ΦX-174噬菌体基因是单链环状DNA，是历史上第一个被纯化的DNA分子，也是第一个被测序的DNA分子。ΦX-174噬菌体对动植物无害，是合适的合成研究对象。美国Venter实验室发展了合成基因组的工作，该实验室只用两周就合成了ΦX-174噬菌体基因(5,386bp)。Venter实验室的技术改进主要有：(1)用凝胶来提纯寡核苷酸以减少污染；(2)严格控制退火连接温度来防止与不正确的序列发生连接；(3)采用聚合酶循环装置来装配连结产物。合成生物学国际会议2004年6月在美国麻省理工学院举行了第一届合成生物学国际会议。会上除讨论了科学与技术问题外，还讨论了

6、合成生物学当前与将来的生物学风险，有关伦理学问题，以及知识产权问题。随着这个领域的发展，对于合成生物学的安全性的考虑愈来愈多。现在不仅通过合成生成病毒，而且已经可以合成细菌。合成生物学开辟了设计生命的前景一方面有可能合成模仿生命物质特点的人工化学系统；另一方面也可能重新设计微生物如Keasling实验室向大肠杆菌中导入青蒿与酵母的基因，使大肠杆菌能在调节下合成青蒿素，从而显示了有效而价廉的治疗疟疾的前景合成生物学今后将能生成自然界不存在的新的微生物。应用示例Schultz实验室研究向大肠杆菌蛋白质生物合成装置中添入新组份，使之能通过基因生成非天然的氨基酸，结果取得了成功。但是要在真核细胞做到这

7、一点还有难度。2003年，Schultz实验室报道了一种向酵母加入非天然氨基酸密码子的方法，成功地向蛋白质中导入了5种氨基酸。目前，能掺入到蛋白质的非天然氨基酸已有80多种。今后将可以直接向蛋白质导入顺磁标记、金属结合、光敏异构化等的氨基酸，促进蛋白质结构与功能的研究。应用示例Brenner提出向细胞DNA中掺入天然不存在的碱基来发展人工遗传系统,支持人工生命形式。合成生物学也将对生命起源，其他生