《合成生物學(xué)》課件

合成生物學(xué)概述合成生物學(xué)是利用工程學(xué)原理，設(shè)計(jì)和構(gòu)建新的生物系統(tǒng)或改造現(xiàn)有生物系統(tǒng)，從而創(chuàng)造出具有新功能的生物體或生物產(chǎn)品。合成生物學(xué)的定義和特點(diǎn)定義合成生物學(xué)是利用工程學(xué)原理，設(shè)計(jì)和構(gòu)建新的生物系統(tǒng)或改造現(xiàn)有生物系統(tǒng)，從而創(chuàng)造出具有新功能的生物體或生物產(chǎn)品。特點(diǎn)跨學(xué)科性、系統(tǒng)性、工程化、可預(yù)測(cè)性、可控性。合成生物學(xué)的歷史發(fā)展120世紀(jì)70年代：基因工程技術(shù)誕生，標(biāo)志著合成生物學(xué)時(shí)代的開啟。220世紀(jì)90年代：合成基因組技術(shù)出現(xiàn)，開啟了合成生物學(xué)的新紀(jì)元。321世紀(jì)：合成生物學(xué)快速發(fā)展，在醫(yī)療、能源、環(huán)境等領(lǐng)域取得重大突破。合成生物學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)療領(lǐng)域開發(fā)新藥、診斷試劑、治療方法。能源領(lǐng)域生產(chǎn)生物燃料、開發(fā)可再生能源。環(huán)境領(lǐng)域治理污染、修復(fù)環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)保材料。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)、培育抗病蟲害作物。細(xì)胞工程的基本原理1細(xì)胞培養(yǎng)2細(xì)胞融合3細(xì)胞篩選4細(xì)胞克隆5細(xì)胞改造基因工程技術(shù)概述基因克隆將目的基因從供體生物中分離出來，并將其插入載體中，然后將載體導(dǎo)入受體生物中，使目的基因在受體生物中復(fù)制和表達(dá)。基因改造對(duì)目的基因進(jìn)行修飾或改造，改變其功能或特性?；虮磉_(dá)調(diào)控通過對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，控制基因的表達(dá)水平和時(shí)間。DNA合成和基因組編輯DNA合成利用化學(xué)方法合成DNA片段，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)和合成任何想要的DNA序列?；蚪M編輯通過改變生物體的基因組，實(shí)現(xiàn)對(duì)基因組的精準(zhǔn)操控，例如CRISPR-Cas9技術(shù)。組裝和整合基因網(wǎng)絡(luò)基因電路設(shè)計(jì)將基因元件組裝成基因電路，實(shí)現(xiàn)特定功能。基因網(wǎng)絡(luò)整合將多個(gè)基因電路整合在一起，構(gòu)建復(fù)雜的基因網(wǎng)絡(luò)。人工代謝路徑的設(shè)計(jì)1識(shí)別目標(biāo)代謝產(chǎn)物2確定關(guān)鍵酶和基因3構(gòu)建人工代謝路徑4優(yōu)化代謝過程合成生物學(xué)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用1新藥開發(fā)利用合成生物學(xué)技術(shù)，可以生產(chǎn)新的藥物，例如抗生素、抗癌藥物、疫苗等。2診斷試劑合成生物學(xué)可以用于開發(fā)高靈敏度、高特異性的診斷試劑。3治療方法利用合成生物學(xué)技術(shù)，可以開發(fā)新的治療方法，例如基因治療、細(xì)胞治療等。合成生物學(xué)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用生物燃料利用合成生物學(xué)技術(shù)，可以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物燃料，例如生物柴油、生物乙醇等?？稍偕茉春铣缮飳W(xué)可以用于開發(fā)新的可再生能源技術(shù)，例如光合作用模擬、生物光伏等。合成生物學(xué)在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用倫理和安全問題生物武器合成生物學(xué)技術(shù)可能被用于制造生物武器，引發(fā)安全擔(dān)憂。環(huán)境污染合成生物學(xué)產(chǎn)品可能對(duì)環(huán)境造成污染，需要謹(jǐn)慎評(píng)估。倫理爭(zhēng)議合成生物學(xué)技術(shù)引發(fā)了關(guān)于人類干預(yù)自然、基因編輯倫理等方面的爭(zhēng)議。合成生物學(xué)的監(jiān)管政策國(guó)際監(jiān)管聯(lián)合國(guó)、世界衛(wèi)生組織等國(guó)際組織制定了相關(guān)監(jiān)管政策。國(guó)家監(jiān)管各國(guó)政府紛紛制定合成生物學(xué)監(jiān)管政策，確保安全和倫理。專利和知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題專利申請(qǐng)合成生物學(xué)技術(shù)和產(chǎn)品可以申請(qǐng)專利保護(hù)。知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)合成生物學(xué)研究成果需要得到有效保護(hù)，防止技術(shù)泄露。知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議合成生物學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議日益增多，需要建立有效的解決機(jī)制。合成生物學(xué)發(fā)展趨勢(shì)1合成生物學(xué)與人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的深度融合。2合成生物學(xué)在醫(yī)療、能源、環(huán)境等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更重要的作用。3合成生物學(xué)的監(jiān)管政策將更加完善。新興的合成生物學(xué)工具基因合成技術(shù)高通量基因合成技術(shù)的發(fā)展，極大地推動(dòng)了合成生物學(xué)的發(fā)展?；蚪M編輯技術(shù)CRISPR-Cas9等基因組編輯技術(shù)的出現(xiàn)，為基因工程提供了全新的工具。生物傳感器生物傳感器可以用于檢測(cè)環(huán)境變化、診斷疾病等。生物執(zhí)行器生物執(zhí)行器可以用于執(zhí)行特定的任務(wù)，例如藥物遞送、環(huán)境修復(fù)等。膜蛋白工程1膜蛋白功能分析2膜蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)3膜蛋白表達(dá)和純化4膜蛋白改造5膜蛋白應(yīng)用活細(xì)胞工程技術(shù)細(xì)胞重編程將體細(xì)胞重編程為干細(xì)胞，用于治療疾病。細(xì)胞治療利用工程化的細(xì)胞進(jìn)行治療，例如CAR-T細(xì)胞治療。細(xì)胞工廠利用工程化的細(xì)胞生產(chǎn)藥物、生物材料等。高通量篩選方法自動(dòng)化篩選利用自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行高通量篩選，提高效率。高通量測(cè)序利用高通量測(cè)序技術(shù)分析大量樣本的基因組信息?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)1構(gòu)建模型2訓(xùn)練模型3預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證動(dòng)物模型和基因驅(qū)動(dòng)動(dòng)物模型利用基因工程技術(shù)構(gòu)建疾病模型，用于研究和開發(fā)藥物。基因驅(qū)動(dòng)利用基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)，將特定的基因插入生物體的基因組，并使其在種群中快速傳播。生物傳感器和執(zhí)行器1環(huán)境監(jiān)測(cè)利用生物傳感器監(jiān)測(cè)環(huán)境污染，例如重金屬、有機(jī)污染物等。2疾病診斷利用生物傳感器診斷疾病，例如血糖檢測(cè)、癌癥檢測(cè)等。3藥物遞送利用生物執(zhí)行器將藥物精準(zhǔn)遞送到病灶部位?？删幊碳?xì)胞系統(tǒng)細(xì)胞編程利用基因工程技術(shù)，將特定的功能寫入細(xì)胞。細(xì)胞控制利用編程后的細(xì)胞進(jìn)行控制，例如控制細(xì)胞的行為、分泌特定物質(zhì)等。合成生物學(xué)與生命科學(xué)生命科學(xué)研究合成生物學(xué)技術(shù)為生命科學(xué)研究提供了新的工具。疾病治療合成生物學(xué)技術(shù)可以開發(fā)新的治療方法，治愈疾病。生命科學(xué)產(chǎn)業(yè)合成生物學(xué)技術(shù)可以推動(dòng)生命科學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。合成生物學(xué)與工程學(xué)工程設(shè)計(jì)合成生物學(xué)將工程學(xué)原理應(yīng)用于生物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建。工程應(yīng)用合成生物學(xué)技術(shù)可以用于解決工程問題，例如生產(chǎn)生物材料、開發(fā)新型傳感器等。合成生物學(xué)與社會(huì)合成生物學(xué)的未來展望1合成生物學(xué)技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展，為人類社會(huì)帶來更多益處。2合成生物學(xué)將在醫(yī)療、能源、環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。3合成生物學(xué)將與其他學(xué)科深度融合，催生新的科技革命。實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程和安全防護(hù)安全操作規(guī)程嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室安全操作規(guī)程，確保實(shí)驗(yàn)安全。安全防護(hù)措施佩戴防護(hù)用品，例如手套、口罩、護(hù)目鏡等。廢棄物處理按照