閤成生物學導論 [Introdution to Synthetic Biology] 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

　　《閤成生物學導論》共分5章。第1章介紹閤成生物學的基本概念和內容，使讀者對閤成生物學有一個全麵的瞭解。第2章和第3章介紹閤成生物學設計和分析的基本方法、閤成生物學的層次化結構和概念及閤成生物學中的常用算法。第4章和第5章介紹閤成生物學在基礎和實際應用方麵的研究內容、成果和進展，包括經典的雙穩態開關、大腸杆菌成像係統、微生物計算機、閤成青蒿酸的微生物工廠等。
　　閤成生物學是21世紀的新興交叉科學，強調“設計”和“重設計”，其目的是通過人工設計和構建自然界中不存在的生物係統來解決能源、材料、健康和環保等問題。閤成生物學的發展要以生物學、化學、物理學、數學、信息科學、工程科學、計算機科學等相關學科的發展為基礎。
　　《閤成生物學導論》可作為具有一定生物學基礎的本科生和研究生教材，也可作為相關領域的學者和研究人員的參考書。

目錄

序一
序二
前言
專有名詞英漢對照錶

第一章 緒論
第一部分 閤成生物學概述
1．1 閤成生物學的誕生
1．2 閤成生物學的定義
1．3 閤成生物學的研究內容
1．3．1 生物大分子的閤成與模塊化
1．3．2 生物基因組的閤成、簡化與重構
1．3．3 閤成代謝網絡
1．3．4 遺傳／基因綫路的設計與構建
1．3．5 細胞群體係統及多細胞係統研究
1．3．6 數學模擬和功能預測
1．4 閤成生物學的意義
1．4．1 加速閤成生物係統工程化的進程
1．4．2 驗證和深化對於生物現象的理解，
1．5 閤成生物學的工程本質
1．6 閤成生物學與相關生物學科
1．6．1 與遺傳工程的關係
1．6．2 與分子生物學和細胞生物學的關係
1．6．3 與係統生物學和功能基因組學的關係
1．6．4 與生物信息學的關係
1．7 閤成生物學國際會議及國際遺傳機器大賽
1．7．1 閤成生物學國際會議（SyntheticBiologyx）
1．7．2 國際遺傳機器大賽
第二部分 閤成生物學引發的思考
1．8 人類韆造物主
1．8．1 道德規範
1．8．2 對環境無控製地排放
1．8．3 生物武器的濫用
1．8．4 對生物的專利與壟斷
1．8．5 創造人工生命？
1．8．6 究竟該如何應對？

第2章 閤成生物係統的設計
第一部分 閤成生物係統的模塊化與層次化結構
2．1 閤成生物學的模塊化設計
2．1．1 模塊設計的三個特徵因素
2．1．2 細胞本底環境對模塊化設計的影響
2．1．3 無細胞閤成生物係統
2．2 標準化生物模塊——生物積塊
2．2．1 BioBrick命名規則
2．2．2 BioBrick的連接
2．3 標準定量機製
2．3．1 PoPS
2．3．2 RIPS
2．4 生物係統的層次化結構
2．4．1 生物部件“Pan”
2．4．2 生物裝置“Device”
2．4．3 生物係統“System”
2．4．4 細胞群體係統及多細胞係統
第二部分 閤成生物係統的邏輯拓撲結構
2．5 串聯
2．6 單輸入
2．7 多輸入
2．8 反饋
2．9 前饋

第3章 閤成生物係統的數學模擬與性能分析
第一部分 生物係統的數學模擬
3．1 常微分方程
3．1．1 質量作用定律
3．1．2 米氏方程
3．1．3 希爾方程
3．2 Logistic模型
3．2．1 單種群細胞自由生長的Logistic模型
3．2．2 兩種細胞自由生長的Logistic模型
3．3 主方程
3．4 隨機微分方程
3．5 模式識彆
3．5．1 聚類分析
3．5．2 分類分析
3．6 小結
第二部分 閤成生物係統性能分析
3．7 常用性能指標
3．7．1 穩定性
3．7．2 魯棒性
3．7．3 響應快速性
3．8 穩定性分析
3．9 魯棒性分析／敏感性分析
3．10 提高係統穩定性和魯棒性的機製
3．10．1 冗餘
3．10．2 反饋控製
3．10．3 特異性和保真度

第4章 閤成生物學的基礎研究
第一部分 模擬邏輯功能的基礎研究
4．1 邏輯門功能遺傳綫路
4．2 基因調控開關
4．2．1 轉換開關
4．2．2 雙相開關
4．2．3 Riboswitch
4．2．4 雙穩態開關
4．3 ReprCSSilator
4．4 細胞群體係統脈衝發生器
第二部分 其他方麵的閤成生物學基礎研究
4．5 控製群體數量的基因綫路
4．6 人工細胞群體圖案係統
4．7 人工轉錄級聯綫路
4．8 工程化的支架蛋白
4．9 重構T7噬菌體基因組

第5章 閤成生物學的應用研究
5．1 閤成生物學應用於維護人類健康
5．1．1 環境控製的大腸杆菌對癌細胞的侵入係統
5．1．2 閤成青蒿素的微生物工廠
5．2 閤成生物學應用於生産生物能源利用工程化的大腸杆菌非發酵代謝途徑生物閤成高級醇
5．3 閤成生物學應用於環境治理砷離子的檢測
5．4 閤成生物學應用於其他方麵
5．4．1 大腸杆菌成像係統
5．4．2 微生物計算係統
參考文獻
主要網站

附錄A 名詞解釋
附錄B iGEM參賽項目選介
1．幽門螺杆菌疫苗
2．艾滋病的治療
3．芳香烴類汙染物的檢測
4．丁醇的生物閤成
5．基因反饋調節治療膿毒癥
6．大腸杆菌香味劑
名詞索引
人名索引

精彩書摘

　　《閤成生物學導論》：
　　（2）人工改造蝙蝠冠狀病毒。生物信息學的分析錶明，21世紀初SARS（severeacquired respiratory syndrome）傳染病來源於一種蝙蝠冠狀病毒。蝙蝠冠狀病毒一般不能在細胞培養物和實驗室動物之中繁殖，因此M.M.Becker等用閤成生物學方法使蝙蝠病毒刺突蛋白的針結構域與感染人類的SARS病毒相應蛋白的外結構域互換，使這種工程化病毒能夠在鼠科和靈長類動物細胞中復製，為SARS病毒的研究開發瞭通用平颱，從而幫助人們瞭解動物源性病毒怎樣獲得感染人類的嚮性（親和性），促進對SARS病毒變異的研究和預防。
　　·在發現新藥方麵
　　（1）利用閤成基因綫路篩選提高抗結核藥物活性的小分子。W.Weber等在人類的胚腎細胞中植入瞭一個基於EthR的閤成基因綫路，通過此基因綫路篩選瞭能夠關閉結核分枝杆菌（Mycobacterium tuherculosis）對抗生素乙硫異煙胺（ethionamide，ETH）抗性的小分子。ETH是一種重要的抗結核藥物，常用於感染具有多種耐藥抗性結核分枝杆菌患者的治療，但ETH需要被分枝杆菌酶激活後纔能發揮抗生素活性。結核分枝杆菌中的ethA基因編碼的單加氧酶EthA能夠催化ETH的活性。然而，由EthA在轉錄水平被TetR／CamR類阻遏蛋白EthR所抑製，因此這種激活常常效率很低。為瞭篩選能夠穿過細胞膜到達細胞內的病原體使EthR失活且對哺乳動物細胞沒有毒性的復閤物，W.Weber等將EthR與VP16轉錄反激活因子（transactivator）融閤成為一個新的轉錄因子，使其能夠與EthR專一的操縱子OethR結閤激活下遊哺乳動物啓動子並錶達報告基因。W.Weber等利用此種方法對一個閤成化閤物庫進行篩選，發現幾種復閤物能抑製EthR活性，並最終發現小分子酯類2—丁酸苯乙酯（2—phenylethyl—butyrate）滿足上麵的所有要求且能激活結核分枝杆菌中EthA的錶達，使病原體對抗生素ETH更加敏感。這一發現為抗結核病的新藥發現提供瞭嶄新思路。
　　……

前言/序言

　　閤成生物學是21世紀初齣現的一門新興交叉學科，在這裏，生物學、工程學和數學緊密地結閤在一起。閤成生物學的齣現是分子生物學經曆瞭半個多世紀的發展，特彆是人類基因組和模式生物基因組計劃實施以來，伴隨著生物信息學和係統生物學迅速發展的一個閤乎邏輯的結果。在人類深入認識生命現象的基礎上，閤成生物學旨在設計和構建工程化的生物係統，使其能夠處理信息、操作化閤物、製造材料、生産能源、提供食物、保持和增強人類的健康和改善我們的環境。因此，閤成生物學既是一門科學，也是一門技術，它是繼遺傳工程之後齣現的新一代生物技術，代錶瞭生物技術發展的一個新的製高點。2004年美國麻省理工學院主辦的世界著名科技雜誌Technolog Review，曾將閤成生物學列為將改變世界的十大新齣現技術之一。在2008年以閤成生物學為主題的第322次香山科學會議上，與會專傢一緻肯定瞭閤成生物學對我國未來國民經濟發展的重大意義。
　　無論是我國製定的中長期科技發展規劃，或者是國務院頒發的《促進生物産業加快發展的若乾政策》，都對生物技術給予極為充分的重視。在中國科學院最近齣版的《創新2050：科學技術與中國的未來》係列叢書之一——《科技革命與中國的現代化——關於中國麵嚮2050年科技發展戰略的思考》一書中，將人造生命和閤成生物學列為22個戰略性科技問題之一；同時又將人造生命和閤成生物學預測為“可能齣現革命性突破的4個基本科學問題”之一。
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