第一章　合成生物學(xué)概述 001
第一節(jié)　合成生物學(xué)概念 001
第二節(jié)　合成生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容和意義 003
一、合成生物學(xué)研究的基本步驟 003
二、合成生物學(xué)研究的核心內(nèi)容 004
三、合成生物學(xué)研究意義 011
第三節(jié)　合成生物學(xué)： 多學(xué)科交叉領(lǐng)域和工程化特質(zhì) 012
一、合成生物學(xué)與遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的交叉 012
二、合成生物學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)和生物信息學(xué)的交叉 013
三、合成生物學(xué)與基因工程和代謝工程的交叉 015
四、合成生物學(xué)的工程化特質(zhì) 016
第四節(jié)　合成生物學(xué)的創(chuàng)新與應(yīng)用 017
一、合成生物技術(shù)在新材料開發(fā)中的創(chuàng)新與進(jìn)展 017
二、通過合成生物學(xué)進(jìn)行天然產(chǎn)物的高效合成 022
三、合成生物學(xué)在微生物藥物開發(fā)方面的創(chuàng)新與前景 029

第二章　合成生物學(xué)的原理和方法 033
第一節(jié)　合成生物學(xué)的基本原理 033
一、生物系統(tǒng)的解耦 033
二、生物系統(tǒng)的抽提 034
三、合成生物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與合成新反應(yīng)的設(shè)計(jì)原理 035
第二節(jié)　合成生物學(xué)的模塊化設(shè)計(jì)： 生物積塊 040
一、生物積塊的通用符號(hào)和功能描述 043
二、生物積塊的連接方法 043
三、生物積塊的定量機(jī)制 044
第三節(jié)　合成生物系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)與分析 046
一、合成生物系統(tǒng)的基本邏輯結(jié)構(gòu) 046
二、合成生物系統(tǒng)的組合邏輯結(jié)構(gòu) 051
三、合成生物系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)分析 052
四、分析方法和策略 053

第三章　合成生物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)控 055
第一節(jié)　合成生物系統(tǒng)的元件 055
一、合成生物元件、裝置、系統(tǒng)和模塊的定義 055
二、合成蛋白質(zhì)元件 057
三、合成蛋白質(zhì)裝置 064
四、合成RNA元件 068
五、合成RNA裝置 072
第二節(jié)　合成生物系統(tǒng)的基因網(wǎng)絡(luò) 074
一、合成轉(zhuǎn)錄基因網(wǎng)絡(luò) 074
二、合成轉(zhuǎn)錄后基因網(wǎng)絡(luò) 075
三、合成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò) 077
第三節(jié)　合成生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 077
一、生物元件 078
二、生物裝置 080
三、生物系統(tǒng) 081
四、多細(xì)胞交互與群體感應(yīng) 083
第四節(jié)　合成生物系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 084
一、合成生物學(xué)的設(shè)計(jì)方法 084
二、新合成反應(yīng)與網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 085
三、合成生物系統(tǒng)性能分析 090
第五節(jié)　構(gòu)建合成生物系統(tǒng) 094
一、從頭合成基因組 094
二、簡(jiǎn)化的生物系統(tǒng) 098
第六節(jié)　調(diào)控和優(yōu)化合成生物系統(tǒng) 102
一、單個(gè)元件的調(diào)控 102
二、代謝通路的系統(tǒng)優(yōu)化 104
三、對(duì)基因組范圍內(nèi)靶點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別和組合修飾 107

第四章　無細(xì)胞的合成生物系統(tǒng) 110
第一節(jié)　無細(xì)胞合成生物學(xué)與無細(xì)胞合成生物系統(tǒng) 110
一、基于細(xì)胞提取物體系 111
二、純化組分體系 112
三、多酶體系 112
第二節(jié)　無細(xì)胞合成生物系統(tǒng)的特點(diǎn) 113
一、直接控制 113
二、原位監(jiān)測(cè)和產(chǎn)品獲取 115
三、加速“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試” 周期 115
四、毒性物質(zhì)忍耐性 116
五、擴(kuò)展生命化學(xué) 116
第三節(jié)　無細(xì)胞合成生物系統(tǒng)的工程改造 117
一、無細(xì)胞系統(tǒng)的優(yōu)化 117
二、基因模板及其設(shè)計(jì) 119
三、小分子的無細(xì)胞合成 120
第四節(jié)　無細(xì)胞合成生物系統(tǒng)的應(yīng)用 122
一、在結(jié)構(gòu)組學(xué)方面的應(yīng)用 122
二、在高通量篩選方面的應(yīng)用 122
三、在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用 123

第五章　合成生物學(xué)的應(yīng)用案例分析和發(fā)展趨勢(shì) 126
第一節(jié)　基于合成生物學(xué)的天然產(chǎn)物的微生物合成 126
一、合成生物學(xué)的研究進(jìn)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、編輯及其異源表達(dá) 141
五、Sch40832生物合成基因簇的克隆 143
六、新型維里硫酰胺類抗生素的生物合成 144
七、萜類化合物的微生物合成 146
八、長(zhǎng)春堿的微生物合成 150
第二節(jié)　生物材料中的合成生物學(xué)研究 151
一、合成生物學(xué)在生物基聚酰胺材料合成中的應(yīng)用 151
二、細(xì)菌纖維素的微生物合成 161
三、聚羥基脂肪酸酯的微生物生產(chǎn) 163
第三節(jié)　合成生物學(xué)技術(shù)在生物能源和生態(tài)環(huán)保中的應(yīng)用 166
一、合成生物學(xué)與生物能源 166
二、合成生物學(xué)與生態(tài)環(huán)保 171
第四節(jié)　新時(shí)代中的合成生物學(xué) 178
一、酵母基因組化學(xué)再造 178
二、二氧化碳合成淀粉 181
三、DPP4抑制劑西格列汀個(gè)性化糖尿病治療的機(jī)制 185
四、合成生物學(xué)在微生物藥物研究中的應(yīng)用 189
第五節(jié)　合成生物學(xué)的發(fā)展趨勢(shì) 196
一、未來合成生物學(xué)的主要研究方向 196
二、未來合成生物學(xué)重點(diǎn)關(guān)注的科學(xué)問題 197
三、合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 198

第六章　合成生物學(xué)的生物安全與倫理問題 205
第一節(jié)　合成生物學(xué)的生物安全風(fēng)險(xiǎn) 205
一、合成生物學(xué)技術(shù)的安全風(fēng)險(xiǎn)來源 205
二、合成生物學(xué)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的體現(xiàn) 207
三、合成生物學(xué)安全風(fēng)險(xiǎn)的特征 208
四、合成生物學(xué)安全風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì) 211
第二節(jié)　合成生物學(xué)的概念性倫理 216
一、生物倫理學(xué) 216
二、合成生物學(xué)對(duì)生命概念的挑戰(zhàn) 217
三、合成生物實(shí)體的道德地位 219
第三節(jié)　合成生物學(xué)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題 220
一、合成生物學(xué)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題背景 220
二、合成生物技術(shù)能否被授予專利權(quán) 221
三、合成生物技術(shù)專利帶來的爭(zhēng)議 224
四、合成生物學(xué)相關(guān)專利保護(hù)的倫理建議 228
第四節(jié)　合成生物學(xué)生物安全與倫理案例 231

參考文獻(xiàn) 234