本书以合成生物学的原理知识、学科前沿和应用案例为主线，主要介绍了合成生物学的概念、原理、方法，合成生物系统的设计与调控，以及无细胞合成生物系统、合成生物学的应用案例分析和发展趋势、生物安全与伦理问题，旨在总结和阐述合成生物学理念、理论、方法和工程应用。
本书具有较强的专业性、系统性，可作为高等学校生物工程、化学化工及相关专业的教材，也可作为生物、化学、医学等领域科研人员和管理人员的参考资料。
牛秋红，中国微生物学会医学微生物学与免疫学专业委员会委员，河南省学术技术带头人，河南省高校科技创新人才，河南省科技厅高校科技创新团队带头人，河南省教科文卫体系统“优秀教师”，河南省优秀硕士学位论文指导教师，南阳市五一劳动奖章获得者，南阳市第七届拔尖人才，南阳师范学院卧龙特聘教授。长期从事微生物资源的开发利用研究，尤其是植物寄生线虫的生物防治菌株的开发与机制，探索自然条件下线虫伴生菌与病原菌、宿主三者之间的互作机制，为设计药物靶标减少病原细菌感染性疾病的发生或提高病原微生物对宿主的生防效果等提供理论基础。主持（完成）国家自然科学基金项目四项，主持完成河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目1项，主持完成企业合作项目1项，授权国家发明专利四项。发表SCI论文15篇。承担本科生《微生物学》《微生物学双语》《工业微生物学》《酒精工艺学》《抗生素工艺学》《微生物工程》及研究生《能源微生物学》等课程的教学工作。
第一章 合成生物学概述 001
第一节 合成生物学概念 001
第二节 合成生物学的研究内容和意义 003
一、合成生物学研究的基本步骤 003
二、合成生物学研究的核心内容 004
三、合成生物学研究意义 011
第三节 合成生物学： 多学科交叉领域和工程化特质 012
一、合成生物学与遗传学和分子生物学的交叉 012
二、合成生物学与系统生物学和生物信息学的交叉 013
三、合成生物学与基因工程和代谢工程的交叉 015
四、合成生物学的工程化特质 016
第四节 合成生物学的创新与应用 017
一、合成生物技术在新材料开发中的创新与进展 017
二、通过合成生物学进行天然产物的高效合成 022
三、合成生物学在微生物药物开发方面的创新与前景 029
第二章 合成生物学的原理和方法 033
第一节 合成生物学的基本原理 033
一、生物系统的解耦 033
二、生物系统的抽提 034
三、合成生物系统的设计原理与合成新反应的设计原理 035
第二节 合成生物学的模块化设计： 生物积块 040
一、生物积块的通用符号和功能描述 043
二、生物积块的连接方法 043
三、生物积块的定量机制 044
第三节 合成生物系统的逻辑结构与分析 046
一、合成生物系统的基本逻辑结构 046
二、合成生物系统的组合逻辑结构 051
三、合成生物系统逻辑结构分析 052
四、分析方法和策略 053
第三章 合成生物系统的设计与调控 055
第一节 合成生物系统的元件 055
一、合成生物元件、装置、系统和模块的定义 055
二、合成蛋白质元件 057
三、合成蛋白质装置 064
四、合成RNA元件 068
五、合成RNA装置 072
第二节 合成生物系统的基因网络 074
一、合成转录基因网络 074
二、合成转录后基因网络 075
三、合成信号转导网络 077
第三节 合成生物系统的结构 077
一、生物元件 078
二、生物装置 080
三、生物系统 081
四、多细胞交互与群体感应 083
第四节 合成生物系统的设计 084
一、合成生物学的设计方法 084
二、新合成反应与网络的设计 085
三、合成生物系统性能分析 090
第五节 构建合成生物系统 094
一、从头合成基因组 094
二、简化的生物系统 098
第六节 调控和优化合成生物系统 102
一、单个元件的调控 102
二、代谢通路的系统优化 104
三、对基因组范围内靶点进行识别和组合修饰 107
第四章 无细胞的合成生物系统 110
第一节 无细胞合成生物学与无细胞合成生物系统 110
一、基于细胞提取物体系 111
二、纯化组分体系 112
三、多酶体系 112
第二节 无细胞合成生物系统的特点 113
一、直接控制 113
二、原位监测和产品获取 115
三、加速“设计-构建-测试” 周期 115
四、毒性物质忍耐性 116
五、扩展生命化学 116
第三节 无细胞合成生物系统的工程改造 117
一、无细胞系统的优化 117
二、基因模板及其设计 119
三、小分子的无细胞合成 120
第四节 无细胞合成生物系统的应用 122
一、在结构组学方面的应用 122
二、在高通量筛选方面的应用 122
三、在生物医药领域的应用 123
第五章 合成生物学的应用案例分析和发展趋势 126
第一节 基于合成生物学的天然产物的微生物合成 126
一、合成生物学的研究进展 127
二、青蒿素的微生物合成 130
三、莽草酸的微生物合成 135
四、林可霉素生物合成基因簇的克隆、编辑及其异源表达 141
五、Sch40832生物合成基因簇的克隆 143
六、新型维里硫酰胺类抗生素的生物合成 144
七、萜类化合物的微生物合成 146
八、长春碱的微生物合成 150
第二节 生物材料中的合成生物学研究 151
一、合成生物学在生物基聚酰胺材料合成中的应用 151
二、细菌纤维素的微生物合成 161
三、聚羟基脂肪酸酯的微生物生产 163
第三节 合成生物学技术在生物能源和生态环保中的应用 166
一、合成生物学与生物能源 166
二、合成生物学与生态环保 171
第四节 新时代中的合成生物学 178
一、酵母基因组化学再造 178
二、二氧化碳合成淀粉 181
三、DPP4抑制剂西格列汀个性化糖尿病治疗的机制 185
四、合成生物学在微生物药物研究中的应用 189
第五节 合成生物学的发展趋势 196
一、未来合成生物学的主要研究方向 196
二、未来合成生物学重点关注的科学问题 197
三、合成生物学产业发展趋势 198
第六章 合成生物学的生物安全与伦理问题 205
第一节 合成生物学的生物安全风险 205
一、合成生物学技术的安全风险来源 205
二、合成生物学技术风险的体现 207
三、合成生物学安全风险的特征 208
四、合成生物学安全风险的应对 211
第二节 合成生物学的概念性伦理 216
一、生物伦理学 216
二、合成生物学对生命概念的挑战 217
三、合成生物实体的道德地位 219
第三节 合成生物学的知识产权问题 220
一、合成生物学的知识产权问题背景 220
二、合成生物技术能否被授予专利权 221
三、合成生物技术专利带来的争议 224
四、合成生物学相关专利保护的伦理建议 228
第四节 合成生物学生物安全与伦理案例 231
参考文献 234
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