合成生物学简介以及BioBrick的相关介绍.pdfVIP

什么是合成生物学？ 合成生物学是生物科学在二十一世纪刚刚出现的一个正在迅速发展的分支学科，并结合 了工程学，化学，计算机以及分子生物学等多种学科。合成生物学按照一定的规律和已有的 知识：①设计和建造新的生物部件、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。 合成生物学家试图创造出一种以脱氧核糖核酸（DNA）编写的语言。为了达此目的， 需要设计DNA片段，而这些DNA片段已获标准化处理，能与其他片段轻易连结。每个片 段代表着个别指示，而将它们组合起来，便成为一个程式，能够指示细胞进行一系列的工作。 这个过程类似编写电脑程式又或是制造机器人，不同之处是其制成品是具有生命及繁殖力的 活细胞。他们尝试着利用基因的序列信息和人工合成DNA，去改装细胞的新陈代谢路径从 而使得细胞具有全新的功能，例如生产化学物质和药品。他们的最终目标是尝试从无到有地 构建基因——以及新的生命形式。而那些用以铸造新系统的生物因子就被称为“生物砖石” （BioBricks）。 2.1 BioBricks简介 BioBricks BioBricks 什么是BBiiooBBrriicckkss？ BioBricks是为了实现能够在活细胞体内搭建上面描述的相应的生物系统而建立的标准，使 得部件之间能够更好的组合。 右图就是在质粒上的BioBrick™ part BBa_B0034，它两侧的是前缀prefix(P) 和 后缀suffix (S). 什么是前缀prefix 和后缀 suffix ？ 前缀prefix 和后缀suffix都是在目地基因周围的一段基因序列。 BioBrick具有相同的前缀和后缀。 每一个前缀都扩EcoRI和XbaI两个酶切位点，如果其后面的编码基因等组件（part） 以“ATG”开头，则前缀为gaattcgcggccgcttctag。否则就是gaattcgcggccgcttctagag 后缀中包括SpeI和PstI 两个酶切位点。序列为tactagtagcggccgctgcag 而中间的基因经过特殊的遗传工程手段处理，使得真正的编码序列不含这四个酶切位 点。 2.2 合成生物学设计的三个关键的工程化概念 标准化（standardization） 为了实现元件“即插即用”的性能，需要定义不同组件之间的标准化连接。，并开发各 种基本生物功能（如启动子活性）、实验测量（如蛋白质浓度）、系统操作（如遗传背景、发 酵液、生长速度、环境条件等）等的标准。只有这些标准被广泛采用，才能保证不同研究人 员设计和构建的单元能够相互匹配。 解耦（decoupling） 讲一个复杂问题分解成许多相对简单的、可以独立处理的问题（如把复杂的“生物系统” 解耦成许多套相互独立的装置（如标准化的细胞、标准化的核苷酸序列等）），便于用已有的 标准化部件来加速开发过程，最终合成具有特定功能的统一整体的过程。 抽提（abstraction） 生物工程中主要涉及一下两种抽提方式： 1 利用抽象的层次模型，以不同水平的复杂程度描述生物功能的信息。 2 对于合成生物系统的 3 部件和装置进行重新设计和构建，使其适当简化以方便模拟和组合，如转录启 动子、核糖体结合位点和开放读码架的重新设计和崭新组合等。 2. 3 拼接方法 下面简单介绍一下biobrick的拼 接方式： 这如前面所说，每一段part的基 因前后都有前缀