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DNA数据存储技术的法律治理议题
1
作者 焦洪涛 齐蒙 +1 位作者 邵滨 蒋劲松 《合成生物学》 北大核心 2025年第1期177-189,共13页
DNA数据存储技术是合成生物学的关键分支领域,以其存储密度高、存储时期长、稳定、安全等特点,有望成为当下数据爆炸式增长导致存储能力不足的解决方案。DNA数据存储技术的快速发展为现行法律体系带来冲击,探讨DNA数据存储技术的法律治... DNA数据存储技术是合成生物学的关键分支领域,以其存储密度高、存储时期长、稳定、安全等特点,有望成为当下数据爆炸式增长导致存储能力不足的解决方案。DNA数据存储技术的快速发展为现行法律体系带来冲击,探讨DNA数据存储技术的法律治理议题是强化新兴科技伦理治理的重要内容。在人权层面,探讨可能引发的对“人的尊严”的挑战和数据鸿沟问题,建议完善DNA数据存储基于科技伦理治理框架上的政策法律体系;在安全层面,探讨可能引发的信息安全和生物安全相关问题,建议结合信息安全和生物安全两个维度强化DNA数据存储技术的安全治理;在知识产权层面,探讨DNA合成和测序技术、DNA介质以及重组DNA的微生物中涉及的可专利性等问题,建议完善专利保护规则,优化知识产权法治环境,以促进DNA数据存储技术科技创新和产业创新。 展开更多
关键词 DNA数据存储技术 合成生物学 信息安全 法律治理 科技伦理治理
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黄酮类化合物生物合成及其在化妆品中应用的研究 被引量：1
2
作者 韦灵珍 王佳 +2 位作者 孙新晓 袁其朋 申晓林 《合成生物学》 北大核心 2025年第2期373-390,共18页
黄酮类化合物是一类广泛存在于自然界中的多酚类化合物,因其显著的抗氧化、抗炎、抗菌等生物活性在化妆品中广泛应用。然而,传统植物提取方法的局限性促使研究人员转向合成生物学以寻求更高效的生产途径。本文根据美白抗氧化、抗菌消炎... 黄酮类化合物是一类广泛存在于自然界中的多酚类化合物,因其显著的抗氧化、抗炎、抗菌等生物活性在化妆品中广泛应用。然而,传统植物提取方法的局限性促使研究人员转向合成生物学以寻求更高效的生产途径。本文根据美白抗氧化、抗菌消炎、防晒抗衰老和增色增彩四个功能分类分别列举了几种常见黄酮类化合物在化妆品中的应用;介绍了黄酮类化合物的现有生物合成途径并总结了典型黄酮类化合物的最新研究进展;详细讨论了合成生物学及代谢工程策略。接着,针对黄酮类化合物在化妆品应用中的水溶性差和稳定性低的问题,总结了相应解决方案的研究进程。最后,总结并展望了人工智能辅助合成生物学的策略以应对黄酮类化合物合成过程中的挑战。同时,本文强调了黄酮类化合物的安全性和有效性评估的重要性,以推动其在化妆品行业的应用。 展开更多
关键词 黄酮类化合物 天然产物 生物合成 合成生物学 化妆品
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可控分子量透明质酸的生物合成研究进展 被引量：2
3
作者 肖森 胡立涛 +5 位作者 石智诚 王发银 余思婷 堵国成 陈坚 康振 《合成生物学》 北大核心 2025年第2期445-460,共16页
透明质酸(hyaluronic acid,HA)是一种在化妆品、食品和医疗领域广泛应用的天然直链酸性黏多糖。根据分子量大小,HA可分为高、中、低三类,不同分子量的HA具有不同的功能和应用场景。随着微生物发酵技术取代传统动物组织提取法,HA工业化... 透明质酸(hyaluronic acid,HA)是一种在化妆品、食品和医疗领域广泛应用的天然直链酸性黏多糖。根据分子量大小,HA可分为高、中、低三类,不同分子量的HA具有不同的功能和应用场景。随着微生物发酵技术取代传统动物组织提取法,HA工业化生产取得了巨大进步。然而,天然HA合成菌株兽疫链球菌的缺点(如潜在致病性以及难以分子改造),限制了不同分子量HA的生物合成研究。近年来,随着特定分子量HA需求的不断增长,代谢工程和合成生物技术已广泛应用于HA生物合成与分子量调控。本文首先分析了中高分子量HA合成的限制性因素,重点讨论了HA前体合成途径的基因调控及竞争支路的弱化。其次,探讨了HA合酶、前体供应和发酵条件对超高分子量HA合成的影响。最后,总结了低分子量HA的制备策略,包括物理化学法、酶法和微生物直接发酵法。还针对HA的生物合成与分子量调控面临的挑战——高分子量HA分子量不够高、中高分子量HA合成能力弱和低分子量HA分子量可控性差三方面展开系统性综述,加强对HA生物合成与分子量调控策略的理解,助力实现可控分子量HA的高效生物合成。 展开更多
关键词 透明质酸 分子量 生物合成 代谢工程 合成生物学
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防晒化合物类菌孢素氨基酸的生物合成 被引量：1
4
作者 张萍 张维娇 +3 位作者 胥睿睿 李江华 陈坚 康振 《合成生物学》 北大核心 2025年第2期306-319,共14页
类菌孢素氨基酸(mycosporine-like amino acid,MAA)是一类由水生生物产生的小分子化合物,具有抵御紫外线辐射的功能,近年来作为环保型防晒剂在化妆品领域得到了广泛关注。然而,MAA在生物体中的低积累量、复杂的提取工艺和极低的得率限... 类菌孢素氨基酸(mycosporine-like amino acid,MAA)是一类由水生生物产生的小分子化合物,具有抵御紫外线辐射的功能,近年来作为环保型防晒剂在化妆品领域得到了广泛关注。然而,MAA在生物体中的低积累量、复杂的提取工艺和极低的得率限制了其应用前景。利用合成生物技术,在微生物细胞中重构MAA合成路径,有望实现MAA的规模化生产,为解决MAA供应不足问题提供有效策略。本文系统总结了目前MAA生物合成的研究进展,涵盖了结构多样性分析、生物合成途径解析、底盘细胞构建等方面。重点关注了近期MAA的微生物从头生物合成研究进展,探讨了目前MAA生物合成研究面临的挑战,包括前体含量少、关键酶催化效率低等问题。最后,展望了MAA微生物合成的未来发展方向,如转运蛋白的改造、关键酶的解析等,旨在推动MAA的绿色、高效生物合成。 展开更多
关键词 类菌孢素氨基酸 防晒化合物 代谢调控 细胞工厂 合成生物学
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乳酸菌的合成生物学工具及在合成益肤因子中的应用 被引量：1
5
作者 郭婷婷 韩湘凝 +2 位作者 黄熙婷 张婷婷 孔健 《合成生物学》 北大核心 2025年第2期320-333,共14页
乳酸菌在发酵食品中的使用有着悠久历史,一些菌种被认为是安全级微生物。乳酸菌也是人体正常的共生菌,具有调节肠道和皮肤微生态的菌群平衡、增强机体免疫力等有益作用。当前,乳酸菌及其产生的活性代谢产物添加到护肤品中产生保湿、抗... 乳酸菌在发酵食品中的使用有着悠久历史,一些菌种被认为是安全级微生物。乳酸菌也是人体正常的共生菌,具有调节肠道和皮肤微生态的菌群平衡、增强机体免疫力等有益作用。当前,乳酸菌及其产生的活性代谢产物添加到护肤品中产生保湿、抗氧化和减轻过敏等效果得到了消费者认可,而一些乳酸菌在缓解和治疗皮肤疾病方面的作用也有越来越多的数据支持。基于此,利用乳酸菌作为底盘生产护肤活性物质或作为皮肤修复的生物治疗载体具有广阔的应用前景。本文首先总结了在乳酸菌中建立的遗传操作系统,着重关注遗传可及性、基因表达系统和基因组编辑技术,然后总结了乳酸菌作为细胞工厂生产保湿因子和抗氧化产物的研究进展,最后介绍了工程乳酸菌针对皮肤损伤进行靶向递药的可行性,旨在为乳酸菌应用于皮肤健康领域提供借鉴。 展开更多
关键词 乳酸菌 合成生物学 遗传操作系统 皮肤修复 活菌药物
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氨基酸衍生物在化妆品中的应用及其生物合成研究进展 被引量：1
6
作者 伊进行 唐宇琳 +3 位作者 李春雨 吴鹤云 马倩 谢希贤 《合成生物学》 北大核心 2025年第2期254-289,共36页
随着合成生物学的快速发展,氨基酸衍生物作为一类重要的化妆品原料,其生产方式正发生历史性革新。传统生产方法存在生产成本高、环境负担重、产品稳定性差等问题。运用合成生物技术设计构建微生物细胞工厂,不仅能有效提升目标产品生产... 随着合成生物学的快速发展,氨基酸衍生物作为一类重要的化妆品原料,其生产方式正发生历史性革新。传统生产方法存在生产成本高、环境负担重、产品稳定性差等问题。运用合成生物技术设计构建微生物细胞工厂,不仅能有效提升目标产品生产效率、降低成本,还能实现绿色生物制造,满足市场对天然、安全、功能性强化妆品原料的供应需求。本文介绍了氨基酸衍生物在化妆品中的应用,并对其生物合成策略进行了总结,从酶转化和微生物发酵两种主要的生物合成工艺入手,探讨了酶工程、理性代谢工程以及非理性筛选等策略在化妆品原料氨基酸衍生物细胞工厂构建中的应用,并进一步对化妆品原料氨基酸衍生物的生物合成研究进展与发展趋势进行了系统综述。在人工智能等前沿技术的赋能助力下,合成生物技术必将进一步推动化妆品原料高效绿色生物制造的革新进程。 展开更多
关键词 合成生物学 化妆品原料 酶转化 微生物发酵 绿色制造
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合成生物学助力化妆品走进生物制造新时代 被引量：1
7
作者 张璐鸥 徐丽 +1 位作者 胡晓旭 杨滢 《合成生物学》 北大核心 2025年第2期479-491,共13页
基因工程、生物计算、发酵工程等生物科技在过去20年中实现了前所未有的技术突破,推动诸多行业进入合成生物驱动的新纪元,而化妆品行业便是其中之一。根据历史规律,护肤方式的变革都源自“原材料”的迭代:远古人类已经会用植物制造最原... 基因工程、生物计算、发酵工程等生物科技在过去20年中实现了前所未有的技术突破,推动诸多行业进入合成生物驱动的新纪元,而化妆品行业便是其中之一。根据历史规律,护肤方式的变革都源自“原材料”的迭代:远古人类已经会用植物制造最原始的护肤品,当农业社会发展到能对植物成分进行复配的时候,就产生了护肤驻颜的复方。工业革命之后,化工产业的发展催生了多种新型原材料,进而推动了化妆品的大规模工业化生产。而20世纪末,随着欧美制药的大发展,很多药用分子成为了护肤的原材料,催生了“药妆品”行业的发展,满足了人们对抗衰、美白等更多护肤功效的需求。如今,不断升级的护肤抗衰需求,需要更高效、更安全、更环保的新型“原材料”。生物科技使我们能够合成比传统化工材料更安全、更具成本效益的材料,人工合成透明质酸、角鲨烷、神经酰胺、天然植物活性成分等均是护肤领域的明星功效成分。近年来,合成生物学实现了飞速发展,人工智能蛋白质设计等新技术使更加复杂的生物材料实现了工业化量产。以重组人源化胶原蛋白为例,这一解决了医学领域重要问题的生物制剂,已经被用作护肤品原料。由此可见,合成生物学的技术外溢,正在缩小医学级治疗和消费级抗衰之间的差距,为护肤行业带来快速的升级。基于合成生物技术生产的护肤产品正在逐步摆脱传统化工产业,向生物科技进发,从“化妆品”逐渐向“生妆品”进化。“生妆品”的出现,标志着合成生物技术为护肤行业插上了翅膀,从此开启功效更强、更安全、更环保的护肤品行业新篇章。 展开更多
关键词 合成生物学 化妆品 药妆品 生妆品 护肤 抗衰 胶原蛋白 透明质酸
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L-精氨酸的微生物合成研究进展 被引量：1
8
作者 王倩 果士婷 +2 位作者 辛波 钟成 王钰 《合成生物学》 北大核心 2025年第2期290-305,共16页
L-精氨酸是一种碱性氨基酸,是护肤产品中常用的中和剂、保湿剂和抗氧化剂,此外,L-精氨酸还广泛应用于饲料、医药、食品等领域。以工程化的谷氨酸棒杆菌和大肠杆菌等微生物为催化剂,以可再生的淀粉糖为原料,通过微生物发酵的方法生产L-... L-精氨酸是一种碱性氨基酸,是护肤产品中常用的中和剂、保湿剂和抗氧化剂,此外,L-精氨酸还广泛应用于饲料、医药、食品等领域。以工程化的谷氨酸棒杆菌和大肠杆菌等微生物为催化剂,以可再生的淀粉糖为原料,通过微生物发酵的方法生产L-精氨酸是目前该产品最主要的生产方法。为创制高效的工程微生物菌种,早期研究者通常采用诱变筛选的方法,但由于突变的不确定性和非定向性,育种效率较低。随着合成生物技术的发展,人工设计L-精氨酸的合成途径和调控机制,并通过基因编辑理性创制工程微生物菌种成为研究的主流。本文综述了不同微生物中发现的L-精氨酸合成途径及调控机制,以谷氨酸棒杆菌和大肠杆菌为主,介绍了设计创制L-精氨酸高产菌种的合成生物学代谢改造策略,以及基于生物传感器的高通量筛选在L-精氨酸高产菌种筛选中的应用。最后,展望了进一步提高L-精氨酸生物合成水平的潜在策略,以及一碳原料等新型非粮碳资源在未来L-精氨酸生产中的应用前景。 展开更多
关键词 L-精氨酸 代谢工程 合成生物学 一碳原料 谷氨酸棒杆菌 大肠杆菌
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合成生物学助力萜类香精香料可持续生产 被引量：1
9
作者 张梦瑶 蔡鹏 周雍进 《合成生物学》 北大核心 2025年第2期334-356,共23页
香精香料是个人护理产品中的重要成分,其中,萜类化合物及其衍生物在天然香料市场中有着重要的地位。近年来,合成生物学的蓬勃发展为解决萜类香料产能瓶颈及开发更多元化的新型香料化合物带来了新机遇。本文探讨了合成生物学在萜类香料... 香精香料是个人护理产品中的重要成分,其中,萜类化合物及其衍生物在天然香料市场中有着重要的地位。近年来,合成生物学的蓬勃发展为解决萜类香料产能瓶颈及开发更多元化的新型香料化合物带来了新机遇。本文探讨了合成生物学在萜类香料可持续生产中的应用和发展,介绍了数据驱动的合成生物学和生物技术创新如何赋能萜类香料生产,讨论比较了萜类合成的经典合成途径和替代合成途径,并探讨了萜类合酶挖掘与改造进展。在此基础上,着重介绍了单萜类、倍半萜类和降异戊二烯类香料的细胞工厂合成现状,包括元件改造、途径优化和萜类解毒等关键技术策略。最后,对当前专利布局和产业化竞争格局进行了总结分析,并对未来发展的挑战和机遇进行了展望,包括生物合成技术的挑战、新产物的发掘与设计,以及市场监管与安全性问题。 展开更多
关键词 合成生物学 萜类化合物 香精香料 细胞工厂 知识产权
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定量合成生物学:合成生物系统的理性设计之路
10
作者 林一瀚 傅雄飞 +1 位作者 刘陈立 欧阳颀 《合成生物学》 北大核心 2025年第3期493-496,共4页
当前,生命科学研究正经历从“认识生命、改造生命”逐步迈向“合成生命、设计生命”的宏伟目标。在这场变革的浪潮中,合成生物学以其独特的“造物致知”“造物致用”理念,引领着生命科学的前沿探索。近二十年来,随着DNA合成、基因编辑... 当前,生命科学研究正经历从“认识生命、改造生命”逐步迈向“合成生命、设计生命”的宏伟目标。在这场变革的浪潮中,合成生物学以其独特的“造物致知”“造物致用”理念,引领着生命科学的前沿探索。近二十年来,随着DNA合成、基因编辑等技术的飞速发展,科研人员构建人工合成生物系统的能力已取得长足进步。然而,源于生命系统固有的复杂性与生命功能的跨层次涌现特性,即使单个生物元件的功能已知,其组合产生的系统也不一定会表现出预期的功能。目前,复杂合成生物系统的构建在很大程度上仍依靠人工反复试错,这种方法效率低下,极大限制了合成生物学的工程化应用。因此,提升对生物系统的理性设计能力已成为当前合成生物学领域面临的核心挑战与首要瓶颈[1]。 展开更多
关键词 合成生物学 理性设计 DNA合成 人工合成生物系统
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合成基因线路的工程化设计研究进展与展望 被引量：1
11
作者 高歌 边旗 王宝俊 《合成生物学》 北大核心 2025年第1期45-64,共20页
合成基因线路利用合成生物学的技术和方法,将生物元件进行重新设计与构建,使人工设计的生物分子线路在活细胞中行使特定生物功能,在生物制造、医疗健康以及环境监测等领域具有巨大的潜力。但其工程化设计仍受到各种因素的制约,包括正交... 合成基因线路利用合成生物学的技术和方法,将生物元件进行重新设计与构建,使人工设计的生物分子线路在活细胞中行使特定生物功能,在生物制造、医疗健康以及环境监测等领域具有巨大的潜力。但其工程化设计仍受到各种因素的制约,包括正交元器件数量有限、大规模线路组装困难、线路行为预测性低等。根据研究者们开发的各种调控元件工具箱和组装方法,本文逐点阐述了工程化设计基因线路所需遵循的几个核心原则:正交化、标准化、模块化与自动化。文章从DNA复制、转录和翻译层面介绍了正交基因元件库的构建和改造方法;全面总结了基因元件的标准化定量表征方法与标准元件设计方法;并介绍了本团队与其他团队在模块化基因线路设计方面的相关进展;分别从软件、硬件和人工智能角度展示如何实现基因线路的自动化设计。最后,本文探讨了基因线路设计的未来发展趋势,指出需要进一步融合人工智能和自动化等信息技术来加速基因线路“设计-构建-测试-学习”循环的迭代,提高线路设计的功能可预测性和复杂性,高效设计出符合目标需求的人造生命体。 展开更多
关键词 合成生物学 基因线路设计 正交化 标准化 模块化 自动化
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酿酒酵母使能技术在化妆品原料合成中的应用 被引量：1
12
作者 左一萌 张姣姣 连佳长 《合成生物学》 北大核心 2025年第2期233-253,共21页
伴随消费者对化妆品的需求急剧增长,化妆品原料市场同步扩张。化妆品原料作为化妆品的核心成分,不仅承载着化妆品的主体功效和产品竞争力,同时对化妆品的安全也至关重要。合成生物学是以工程化设计为理念,利用基因编辑技术、计算机模拟... 伴随消费者对化妆品的需求急剧增长,化妆品原料市场同步扩张。化妆品原料作为化妆品的核心成分,不仅承载着化妆品的主体功效和产品竞争力,同时对化妆品的安全也至关重要。合成生物学是以工程化设计为理念,利用基因编辑技术、计算机模拟技术和生物工程等技术对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成的一门新兴交叉融合性学科。合成生物学的进步使微生物宿主能够以高效、具有成本竞争力和安全的方式合成有价值的天然产物。随着合成生物学的不断发展,酿酒酵母作为一种重要的微生物底盘细胞,在化妆品原料合成中的应用日益广泛。构建酿酒酵母细胞工厂异源生物合成化妆品原料作为一种有效的替代方案,具有环保、可持续的优点,可以减少对传统物理提取法的依赖以及规避化学合成法的污染问题。本文综述了酿酒酵母基因编辑技术的发展及其在化妆品原料生物合成途径构建中的关键作用,总结了基因多拷贝整合、区室化工程、转运工程、人工多细胞体系等代谢工程策略在化妆品原料酿酒酵母细胞工厂优化中的应用,并进一步从萜类、维生素类、多酚类、蛋白质与氨基酸类等不同类别的化妆品活性成分出发,阐述了酿酒酵母细胞工厂生物合成化妆品原料的最新进展。虽然酿酒酵母在化妆品原料大规模生产方面具有巨大潜能与优势,然而目前仍面临诸如产品生物合成途径未完全解析、生物合成水平较为低下、分离纯化困难等一系列挑战。未来,结合人工智能、机器学习等手段有望开发更为高效的基因编辑工具并应用于酿酒酵母细胞工厂的优化与化妆品原料成分的合成中,为化妆品行业的可持续发展提供理论支持和实践指导。 展开更多
关键词 酿酒酵母 化妆品原料 合成生物学 基因组编辑 代谢工程 细胞工厂
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生物合成红景天苷的研究进展 被引量：1
13
作者 黄姝涵 马赫 罗云孜 《合成生物学》 北大核心 2025年第2期391-407,共17页
红景天苷是一种具有抗缺氧、抗氧化、抗衰老和抗肿瘤等活性的天然产物,被广泛应用于化妆品与医药领域。目前获取红景天苷的主要方式是从红景天属植物的根茎和块茎中提取,由于其含量稀少,日益增长的市场需求导致植物资源逐渐匮乏。因此,... 红景天苷是一种具有抗缺氧、抗氧化、抗衰老和抗肿瘤等活性的天然产物,被广泛应用于化妆品与医药领域。目前获取红景天苷的主要方式是从红景天属植物的根茎和块茎中提取,由于其含量稀少,日益增长的市场需求导致植物资源逐渐匮乏。因此,开发新的合成方法成为了研究热点。红景天苷的天然生物合成路径已被解析,随着合成生物学的发展,采用合成生物技术构建微生物细胞工厂合成红景天苷成为缓解当前供需失衡和资源紧缺状况的有效途径。本文针对红景天苷的药理活性、植物合成路径、途径酶的挖掘与筛选、大肠杆菌和酿酒酵母的生物合成现状等相关研究进展进行系统性的综述,探讨了红景天苷的分离提纯方法以及它作为合成中间体在制备其他化合物方面的应用潜力,以期助力对红景天苷合成路径与相关工程改造策略的理解,并推动红景天苷绿色、高效的生物合成。 展开更多
关键词 红景天苷 微生物合成 合成生物学 代谢工程 化妆品
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AI+定向进化赋能蛋白改造及优化 被引量：1
14
作者 宋成治 林一瀚 《合成生物学》 北大核心 2025年第3期617-635,共19页
定向进化是合成生物学领域的核心底层技术之一。通过在实验室中模拟自然界发生的进化过程,定向进化利用功能筛选从大量的突变序列文库中不断获得性能提升的蛋白序列,帮助实现野生型蛋白难以实现的功能。近年来不断发展的机器学习、蛋白... 定向进化是合成生物学领域的核心底层技术之一。通过在实验室中模拟自然界发生的进化过程,定向进化利用功能筛选从大量的突变序列文库中不断获得性能提升的蛋白序列,帮助实现野生型蛋白难以实现的功能。近年来不断发展的机器学习、蛋白语言模型等人工智能(artificial intelligence,AI)方法进一步拓展了该技术的使用场景和工作效率,帮助其在酶、抗体、生物传感器等的改造中取得优异表现。本文总结了传统定向进化在突变文库构建和功能筛选过程中使用的典型策略,并对近年来开发的高效连续定向进化平台进行介绍,进一步对定向进化技术存在的序列空间有限、容易陷入局部最优等一系列问题进行探讨。快速迭代的机器学习模型与定向进化相结合,一方面能够缓解序列空间的探索局限性,另一方面能够从起始序列设计、中间文库优化、功能信息提取等多个维度对定向进化的实验流程进行完善,帮助实现更加高效的蛋白改造尝试。为明确定向进化结合机器学习的应用潜力,本文重点展示了机器学习辅助定向进化的代表案例。最后,简要探讨了该领域的潜在挑战和未来发展方向。 展开更多
关键词 定向进化 机器学习 蛋白改造 蛋白语言模型 合成生物学
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机器学习驱动的基因组规模代谢模型构建与优化 被引量：1
15
作者 吴柯 罗家豪 李斐然 《合成生物学》 北大核心 2025年第3期566-584,共19页
自1999年首个基因组规模代谢模型(genome-scale metabolic model,GEM)问世以来,GEM已成为解析生物代谢的重要工具。该模型包含代谢基因、代谢物和反应,并结合化学计量矩阵与约束优化,系统描述和模拟生物体内的代谢过程。此外,GEM能够整... 自1999年首个基因组规模代谢模型(genome-scale metabolic model,GEM)问世以来,GEM已成为解析生物代谢的重要工具。该模型包含代谢基因、代谢物和反应,并结合化学计量矩阵与约束优化,系统描述和模拟生物体内的代谢过程。此外,GEM能够整合热力学参数、动力学参数、多组学数据及多细胞过程,构建更精细且具有更强大预测能力的多约束多过程模型。然而,先验知识的局限成为其发展的瓶颈。机器学习技术凭借强大的数据处理和模式识别能力,为进一步扩展GEM提供了新思路。本综述系统总结了传统GEM及多约束多过程模型的构建流程,并着重探讨了机器学习在其中关键步骤中的应用前景,如基因功能注释、途径解析、空缺填补和生物学参数预测。机器学习技术作为新的驱动力,有望大幅度提升GEM的规模和质量,深化对生物代谢机制的理解,并推动实现数字孪生细胞。 展开更多
关键词 基因组规模代谢模型 机器学习 合成生物学 代谢建模 多约束多过程模型
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合成基因回路面临的细胞“经济学窘境” 被引量：1
16
作者 田晓军 张日新 《合成生物学》 北大核心 2025年第3期532-546,共15页
在合成生物学中,基因模块是执行生物功能的核心元件。“模块性”是指已知基因元件在被拼装为目的基因回路后仍能保持其功能相对独立的特性。不同于传统工程学独立且稳定的特性,基因回路存在于动态变化的细胞环境中,其功能蛋白的表达效... 在合成生物学中,基因模块是执行生物功能的核心元件。“模块性”是指已知基因元件在被拼装为目的基因回路后仍能保持其功能相对独立的特性。不同于传统工程学独立且稳定的特性,基因回路存在于动态变化的细胞环境中,其功能蛋白的表达效率高度依赖于胞内资源。有限的资源分配使得基因回路面临胞内资源的约束挑战,导致基因回路的模块性丧失。恢复基因回路的模块性有助于构建普适的生命系统理论模型,推动人工生命体系的智能化发展。近年来,有关资源竞争如何重塑基因回路表现的研究逐渐增多,这些研究加深了对潜在作用机制的理解,并推动了基因回路设计的优化。本综述系统阐述了细胞资源竞争现象对基因回路功能的影响,包括基因回路噪声的改变,基因模块的耦合关系,以及赢者通吃的涌现性。同时,对现有控制策略进行了全面归纳,包括细胞资源的正交化设计,单基因模块的资源调控以及多基因模块的统筹化控制。随着合成生物学的快速发展,人工设计的基因回路在结构和功能上会变得更加复杂。这一趋势预示着未来的研究重点将不再局限于简单的资源竞争控制体系,而需要向更大规模的研究范畴拓展。与此同时,研究方向应从基础研究探索延伸至实际应用,最终实现精确可控的人工生命体系的构建。 展开更多
关键词 合成生物学 基因元件 资源竞争 模块化 设计策略
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合成生物学视角下的基因功能探索与酵母工程菌株文库构建 被引量：1
17
作者 章益蜻 刘高雯 《合成生物学》 北大核心 2025年第3期685-700,共16页
合成生物学作为一门通过设计、构建和改造生物系统来实现其特定功能的学科,被广泛应用于生物制造、环境保护和药物合成等领域。基因功能的系统性探索和工程菌株文库的构建是推动合成生物学发展的重要手段。本文重点介绍了不同酵母文库... 合成生物学作为一门通过设计、构建和改造生物系统来实现其特定功能的学科,被广泛应用于生物制造、环境保护和药物合成等领域。基因功能的系统性探索和工程菌株文库的构建是推动合成生物学发展的重要手段。本文重点介绍了不同酵母文库在合成生物学中的构建方法及其应用前景。随着基因组测序和高通量技术的快速进展,酿酒酵母和裂殖酵母等微生物文库在系统性研究中发挥了关键作用。基因缺失文库、过表达文库、转座子插入文库等多种类型的酵母文库为基因组合优化和代谢路径设计提供了重要工具,促进了代谢工程和合成生物学的创新应用。这些文库在工业生产中支持高产菌株的构建,如用于生物燃料和化学品的高效生产;在环境领域,通过基因改造筛选,生成具备污染物降解能力的菌株,为生态修复提供解决方案;在药物合成方面,文库帮助构建高效合成药用化合物的菌株,推动生物制药的发展。然而,当前文库构建和应用仍面临诸如构建成本、基因组编辑的精确度及筛选效率等技术瓶颈。未来,自动化、数字化和新型筛选技术的进步有望突破这些瓶颈,推动酵母文库的快速构建和高效筛选,从而加速合成生物学在可持续发展和生态工程中的应用。 展开更多
关键词 酵母 文库 功能基因组学 定向进化 合成生物学
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功能肽合成和挖掘策略研究进展 被引量：1
18
作者 汤传根 王璟 +2 位作者 张烁 张昊宁 康振 《合成生物学》 北大核心 2025年第2期461-478,共18页
功能肽是由2~50个氨基酸组成的短链肽,近年来因其特异性强、作用迅速及副作用低而成为开发新药和功能原料的重要研究热点。首先,本文梳理了功能肽的分类、作用机制及应用场景,总结了不同类型功能肽的特点和在生物医药、食品科学及化妆... 功能肽是由2~50个氨基酸组成的短链肽,近年来因其特异性强、作用迅速及副作用低而成为开发新药和功能原料的重要研究热点。首先,本文梳理了功能肽的分类、作用机制及应用场景,总结了不同类型功能肽的特点和在生物医药、食品科学及化妆品等领域的应用。接着,针对功能肽的合成方法,探讨了化学合成与生物合成的最新进展,比较了这两种制备工艺的优缺点以及各自的适用场景。在功能肽挖掘策略方面,本文综述了噬菌体表面展示技术、机器学习算法、分子对接技术及人工智能技术等方面的最新研究,这些技术在功能肽的筛选和设计中展现出重要潜力,提升了研究的效率与准确性。展望未来,功能肽的研究将面临新的挑战与机遇。如何改进合成工艺以提高效率,如何通过结构修饰提高功能肽稳定性,以及如何利用计算机辅助优化和人工智能设计多功能肽,将成为重要的研究方向。同时,加强功能肽的安全性和有效性的评估能进一步提升功能肽的应用潜力。 展开更多
关键词 功能肽 合成生物学 生物合成 高通量 机器学习
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生物制造标准体系建设的现状、问题与建议 被引量：1
19
作者 黄怡 司同 陆安静 《合成生物学》 北大核心 2025年第3期701-714,共14页
生物制造作为全球科技革命与产业变革的战略制高点,正通过合成生物学和人工智能等前沿技术的深度融合和协同创新,驱动物质生产方式实现颠覆性重塑。生物制造领域的标准化工作是加速科学发现进程、大幅增进生产效能、确保产业健康发展的... 生物制造作为全球科技革命与产业变革的战略制高点,正通过合成生物学和人工智能等前沿技术的深度融合和协同创新,驱动物质生产方式实现颠覆性重塑。生物制造领域的标准化工作是加速科学发现进程、大幅增进生产效能、确保产业健康发展的重要基础。全球主要经济体均已将生物制造标准化列为国家竞争核心要素,竞相争夺产业发展主导权。本文梳理了国内外生物制造领域标准建设现状,从技术研发、产业生态、国际协同三个维度识别出标准制定进程滞后、跨领域标准协同受阻、国际标准互认壁垒三大问题。基于此提出构建动态化标准转化机制、建立跨领域标准协同平台、实施标准国际化计划的标准体系协同发展路径,为我国加快建设生物制造标准体系、推动生物制造从“技术驱动”转向“标准主导”的发展阶段提供理论支撑和决策参考。 展开更多
关键词 合成生物学 生物制造 标准体系 产业协同
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工业生物制造与“碳中和”目标探讨 被引量：2
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作者 应汉杰 柳东 +3 位作者 王振宇 沈涛 庄伟 朱晨杰 《合成生物学》 北大核心 2025年第1期1-7,共7页
地球上的不可再生资源为人类构建现代丰富的物质文明做出了巨大的贡献,然而埋藏数亿年的化石资源的大量释放,造成了严重的碳失衡所致的生态环境问题。工业生物制造是一种以碳循环的可再生资源为原料的物质制造技术,践行“阳光经济”的... 地球上的不可再生资源为人类构建现代丰富的物质文明做出了巨大的贡献,然而埋藏数亿年的化石资源的大量释放,造成了严重的碳失衡所致的生态环境问题。工业生物制造是一种以碳循环的可再生资源为原料的物质制造技术,践行“阳光经济”的发展模式,是工业可持续发展的新的生产方式。本文从制造原料、生产模式及产品使用等角度探讨了生物制造在助力“双碳”战略实施方面的几种途径。生物制造可通过原料置换、技术迭代和产品替代的方式减少碳排放。秸秆等生物质碳利用、非粮蛋白的制造、生物基三苯三烯产业格局等的构建是生物制造减碳的重要途径;天然产物的高效生物制造和食品的生物制造将极大提高生产效率,节约大量土地资源,为实现“碳置换”提供土地资源;通过生物技术和产品优化未来农用产品是减少面源污染、增强农业碳汇能力的重要手段。 展开更多
关键词 生物制造 碳减排 秸秆利用 细胞工厂 土地置换
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