基因組合成生物學

目錄
第1章　基因組合成生物學設計及設計原則1
1.1　概述1
1.1.1　基因組合成生物學設計的基本概念與重要性1
1.1.2　基因組合成生物學的設計原則3
1.2　區(qū)分性基因組設計5
1.2.1　區(qū)分性基因組設計的定義5
1.2.2　區(qū)分性基因組設計的必要性6
1.2.3　區(qū)分性基因組設計的分類7
1.3　重構(gòu)性基因組設計9
1.3.1　一般性重構(gòu)設計10
1.3.2　解耦化設計11
1.3.3　區(qū)塊化設計13
1.4　精簡性基因組設計14
1.4.1　非編碼元件的精簡15
1.4.2　密碼子表的精簡壓縮16
1.4.3　*小基因組16
1.5　賦能性基因組設計18
1.5.1　染色體重排系統(tǒng)（SCRaMbLE系統(tǒng)）18
1.5.2　基因組密碼子拓展技術(shù)21
1.5.3　非天然核酸編碼賦能24
1.6　基因組合成生物學設計工具25
1.6.1　基因組序列設計工具25
1.6.2　基因組片段切分設計工具26
1.7　小結(jié)與展望28
第2章　DNA從頭合成與構(gòu)建技術(shù)29
2.1　DNA合成技術(shù)29
2.1.1　DNA化學合成29
2.1.2　DNA生物合成43
2.1.3　特殊引物與引物純化技術(shù)48
2.1.4　小結(jié)與展望53
2.2　DNA組裝技術(shù)53
2.2.1　胞外組裝技術(shù)54
2.2.2　胞內(nèi)組裝技術(shù)76
2.2.3　自動化組裝技術(shù)87
2.2.4　小結(jié)與展望97
2.3　合成片段的轉(zhuǎn)移99
2.3.1　常見的轉(zhuǎn)移技術(shù)100
2.3.2　合成片段的轉(zhuǎn)移策略102
2.3.3　小結(jié)與展望109
2.4　合成片段的修復110
2.4.1　缺陷定位110
2.4.2　缺陷修復113
2.4.3　小結(jié)與展望115
2.5　基于多位點基因組編輯的構(gòu)建技術(shù)116
2.5.1　基因組編輯技術(shù)簡介116
2.5.2　基于Cas蛋白-堿基編輯器的多位點基因編輯技術(shù)116
2.5.3　多元自動化基因組工程技術(shù)117
2.5.4　小結(jié)與展望118
第3章　人工合成基因組119
3.1　病毒基因組合成119
3.1.1　概述119
3.1.2　病毒合成及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展120
3.1.3　病毒合成在生命科學研究中的應用128
3.1.4　小結(jié)與展望132
3.2　原核生物的基因組合成132
3.2.1　概述132
3.2.2　支原體基因組合成134
3.2.3　大腸桿菌基因組合成139
3.2.4　其他原核生物基因組合成145
3.2.5　小結(jié)與展望148
3.3　真核生物基因組合成149
3.3.1　概述149
3.3.2　人工合成釀酒酵母基因組計劃（Sc2.0）150
3.3.3　人工合成釀酒酵母染色體進展156
3.3.4　人工單條融合染色體與人工外源染色體酵母165
3.3.5　小結(jié)與展望167
第4章　基因組合成生物學的應用與展望168
4.1　綠色生物制造與菌株工業(yè)性能優(yōu)化168
4.1.1　SCRaMbLE技術(shù)的應用169
4.1.2　SCRaMbLE的重排結(jié)果及影響因素分析179
4.1.3　SCRaMbLE技術(shù)存在的問題與優(yōu)化策略184
4.1.4　小結(jié)與展望188
4.2　基于遺傳密碼子拓展技術(shù)的蛋白質(zhì)功能創(chuàng)新189
4.2.1　遺傳密碼子拓展技術(shù)基本原理190
4.2.2　基于遺傳密碼子拓展技術(shù)的蛋白質(zhì)功能創(chuàng)新應用進展191
4.2.3　小結(jié)與展望208
4.3　生物安全防控209
4.3.1　評估生物安全防控方法有效性的要求210
4.3.2　傳統(tǒng)生物安全防控210
4.3.3　基于非天然氨基酸的生物安全防控211
4.3.4　基于基因組重編程菌株的生物安全防控216
4.3.5　小結(jié)與展望217
4.4　基因組“寫”計劃（GP-write）218
4.4.1　GP-write簡介218
4.4.2　GP-write規(guī)劃220
4.4.3　GP-write現(xiàn)有成果225
4.5　合成生物安全與倫理228
4.5.1　生物安全/安保228
4.5.2　生物倫理229
4.5.3　生物安全與倫理監(jiān)管措施230
4.5.4　小結(jié)與展望234
4.6　總結(jié)234
參考文獻236