合成生物学

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1. 合成生物学重要研究方向进展

丁明珠, 李炳志, 王颖, 谢泽雄, 刘夺, 元英进

合成生物学 2020, 1 (1): 7-28. DOI: 10.12211/2096-8280.2020-057

摘要（8220）

HTML （1495）

PDF（pc）（3953KB）（11077）

合成生物学作为一个新兴的交叉学科领域，随着DNA合成技术的进步和合成生物学理念的深入，多个研究方向取得了长足发展。本文主要对基因回路、基因组设计合成、细胞工厂和人工多细胞体系的进展进行了综述。可设计构建的人工基因线路的复杂度逐步提升，人工控制更加精细；组装技术取得快速进展的同时，人工基因组的设计深度也在不断拓展，设计合成的人工基因组由支原体拓展向大肠杆菌，甚至真核生物酿酒酵母，推动了生物进化演化的研究；细胞工厂的设计构建在逐步挑战代谢途径更长、复杂程度更高的化合物的合成，模块化和正交化策略对复杂细胞工厂构建的支撑作用日益明显，鲁棒性和适配性成为细胞工厂构建需要考虑的重要问题；人工多细胞体系的设计构建已经从设计构建两菌体系向多菌体系扩展，通过多种原则进行设计，实现更加复杂的预期功能。本文也对合成生物学与其他学科交叉融合产生的一些新研究方向进行了简介。

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2. 合成生物学研究中的微生物启动子工程策略

于慧敏, 郑煜堃, 杜岩, 王苗苗, 梁有向

合成生物学 2021, 2 (4): 598-611. DOI: 10.12211/2096-8280.2020-092

摘要（6515）

HTML （703）

PDF（pc）（1858KB）（7959）

合成生物学研究对于我国绿色生物制造产业和可持续发展战略至关重要。启动子是合成生物学核心元件，是在转录水平上实现基因高效、精准表达调控的最关键因素之一。本文重点对原核微生物启动子工程研究的基本内容、研究进展及发展趋势进行了综述。首先概述了启动子序列基本特征及其受RNA聚合酶σ因子识别调控的一般规律；并以大肠杆菌乳糖操纵子为例简要介绍了诱导型启动子的负调控与正调控诱导机制。其次，分别从对靶基因自身内源启动子进行突变改造以及采用高效外源启动子进行替换改造这两个方面入手，阐述了启动子改造的常用策略。进一步对近年来公开报道的不同类型诱导型启动子进行了梳理，小结了代表性化学分子诱导剂以及物理信号诱导方式的种类及基本特征。简述了非模式和模式微生物组成型启动子的研究进展及研究侧重点。结合动态代谢调控技术及人工智能工具的突破性发展，提出具有动态调控功能的特殊启动子的发现与改造、全新性能启动子元件的人工智能设计与改造等将成为启动子工程研究的新方向与新前沿。最后分析了启动子工程领域存在的挑战性问题，展望了今后的研究重点，并结合合成生物学的发展，进一步强调了微生物启动子工程的重要作用。

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3. 蛋白质稳定性计算设计与定向进化前沿工具

阮青云, 黄莘, 孟子钧, 全舒

合成生物学 2023, 4 (1): 5-29. DOI: 10.12211/2096-8280.2022-038

摘要（3904）

HTML （445）

PDF（pc）（2169KB）（7091）

天然蛋白质具有临界稳定性的特征，这种较低的稳定性使蛋白质结构具有足够的灵活性，从而支持其发挥生物学功能。然而，临界稳定性使得蛋白质遭受胁迫压力后极易发生错误折叠并失去功能，导致天然蛋白质往往无法满足科学研究与工业应用的需求。此外，体内蛋白质在错误折叠后产生的聚集沉淀被认为是多种疾病发生发展的原因，包括阿尔兹海默病、帕金森综合征等。因此，优化蛋白质的稳定性是科学研究与工程应用领域亟待解决的关键问题。本文从蛋白质的折叠与稳定性机制出发，聚焦于序列优化与折叠环境优化两种改善蛋白质稳定性的手段，综述了基于理性设计、计算机辅助设计改善蛋白质稳定性的研究方法，介绍了用于高通量筛选蛋白质稳定化突变体或折叠相关因子的定向进化技术。通过多项蛋白质序列改良、折叠环境优化的案例介绍，展示了蛋白质稳定化技术在蛋白质工程与生物医药领域的广阔应用，包括酶的稳定化设计、疫苗蛋白质的构象控制、分子伴侣与蛋白质聚集抑制剂的筛选、蛋白质稳态药物的开发等。最后，展望了蛋白质稳定化技术未来的研究方向与前景，定制化的蛋白质稳定性检测技术将会迎来蓬勃发展。

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4. 定向进化在蛋白质工程中的应用研究进展

祁延萍, 朱晋, 张凯, 刘彤, 王雅婕

合成生物学 2022, 3 (6): 1081-1108. DOI: 10.12211/2096-8280.2022-025

摘要（4552）

HTML （410）

PDF（pc）（3627KB）（6437）

定向进化旨在通过基因多样化和突变体库筛选的迭代循环，加速实现在胞内或胞外进行的自然进化过程。近年来，因其强大的功能而被广泛应用于酶工程当中。本文概述了近十年助力定向进化发展的最新技术，包括胞外和胞内高效构建基因突变体库的方法、高通量筛选突变体库的方法、连续定向进化策略、自动化生物合成平台助力定向进化的策略、计算机技术辅助定向进化的应用实例。为了阐述定向进化在酶工程中的应用价值，本文着重讨论了利用定向进化技术对酶进行改造的代表性案例，其中包括改善酶在有机溶剂中的耐受性、提高酶的热稳定性、增强天然酶对非天然底物的催化能力、提高酶催化化学反应的选择性（包括区域选择性、立体选择性和对映选择性）以及拓展酶催化的反应类型。最后，本文对定向进化在未来可能遇到的挑战及应用前景进行了归纳总结。

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5. 解脂耶氏酵母底盘细胞的工程改造及应用

孙美莉, 王凯峰, 陆然, 纪晓俊

合成生物学 2023, 4 (4): 779-807. DOI: 10.12211/2096-8280.2022-060

摘要（2190）

HTML （259）

PDF（pc）（2749KB）（6215）

基于性能卓越的微生物底盘细胞，开发高效的绿色生物制造技术，已经成为合成生物学领域的研究前沿。解脂耶氏酵母作为一种非常规产油酵母，由于其独特的生理生化特征，正迅速成为面向绿色生物制造的合成生物学研究领域的热门底盘细胞之一。近年来，围绕解脂耶氏酵母底盘细胞工程改造的研究与应用日益增多，促进了解脂耶氏酵母底盘细胞的进一步升级。本文总结了针对解脂耶氏酵母底盘细胞的工程改造策略及其在生物制造中的应用，从遗传改造技术及工具开发，基因的表达与调控策略等方面介绍各类合成生物学工具及技术在解脂耶氏酵母中的研究进展，并从底盘细胞合成高附加值产品的研究进展方面介绍了其工程改造效果。最后，对解脂耶氏酵母底盘细胞的应用前景和未来发展方向进行了展望。

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6. 动态调控策略在代谢工程中的应用研究进展

于政, 申晓林, 孙新晓, 王佳, 袁其朋

合成生物学 2020, 1 (4): 440-453. DOI: 10.12211/2096-8280.2020-029

摘要（3966）

HTML （309）

PDF（pc）（2215KB）（5896）

微生物细胞工厂作为一种可持续的生化反应器，被广泛应用于天然产物、药品、营养保健品等高附加值产物的生产中。为了使细胞工厂在生产过程中以最大的产量、产率和生产能力生产目标化合物，往往需要利用代谢工程方法对细胞工厂进行合理的改造和调控。以基因敲除和过表达为主要策略的静态调控不可避免地带来了细胞代谢流与能量流失衡、生长阻滞和毒性中间体积累等问题，限制了细胞工厂的生产能力、碳收率和产物产量。为了解决这一问题，构建调控元件并设计基因线路以精确调节物质流及能量流的动态调控策略被普遍应用于代谢工程领域，成为调控微生物细胞工厂的常用方法之一。本文依据不同动态调控策略的特点，将动态调控策略分为代谢物响应、群体感应响应、环境响应和蛋白质水平调控四种类型，重点介绍了各种调控元件的构建方法及其在代谢工程中的应用，分析了不同调控策略在工业化应用中面临的挑战。同时，指出了高通量筛选和蛋白质工程方法、计算机模拟和数学模型分析、耦合基因控制元件等方面的策略在解决动态调控工具响应阈值窄、调控范围有限等问题中的应用潜力。

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7. 从化学合成到生物合成——天然产物全合成新趋势

张发光, 曲戈, 孙周通, 马军安

合成生物学 2021, 2 (5): 674-696. DOI: 10.12211/2096-8280.2021-039

摘要（7921）

HTML （647）

PDF（pc）（6155KB）（5604）

结构复杂而多样的天然产物是药物发现和创制的重要宝库。为了克服有限的自然资源，来自学术界和工业界的科学家近两个世纪一直不断尝试人工合成天然产物。化学全合成已经取得了巨大成就，众多高度复杂的天然产物已经被有机化学家成功制备；但本领域仍存在诸多挑战性问题，例如化学反应中涉及昂贵的化学试剂、苛刻的反应条件、难控的立体选择性、冗长的合成路线以及较低的总收率等。随着合成生物学的发展，越来越多天然产物可通过生物细胞工厂实现人工制备，从而提供全新而互补的全合成策略。本文简要概括天然产物化学全合成，围绕几种药物活性天然产物的生物合成介绍其相关进展，以青霉素、红霉素、阿维菌素为例分析总结了天然产物同源途径的改造与优化；以维生素B₁₂、莨菪烷碱为例概括评述了天然产物的异源表达与生物制造；并以人源胰岛素、青蒿素、沙弗拉霉素、嗜氮酮、卡英酸、鬼臼毒素为例重点介绍了生物与化学交叉融合策略在天然产物全合成中的应用。尽管在类天然产物新分子、立体复杂天然产物等的全合成中仍面临诸多挑战，但生物全合成对这些天然产物分子的构建将发挥越来越显著的作用；通过化学合成与生物合成优势互补，并借助当今蓬勃发展的人工智能技术，实现生物全合成的智能化、自动化、高效化将是本领域发展的新趋势。

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8. 基因组挖掘在天然产物发现中的应用和前景

杨谦, 程伯涛, 汤志军, 刘文

合成生物学 2021, 2 (5): 697-715. DOI: 10.12211/2096-8280.2021-012

摘要（4603）

HTML （443）

PDF（pc）（6343KB）（5406）

天然产物一直以来都是药物先导化合物的重要来源。在药物发现领域，基因组数据常用来识别潜在的药物靶点或寻找先前被忽视的天然产物的生物合成基因簇。尽管基因组测序发现了微生物和植物中存在大量未开发的化学多样性，然而，仅仅利用传统的分离分析方法获取新的天然产物已经无法满足药物发展的需求。随着基因组时代的到来，数字化的基因组挖掘已经成为天然产物发现的重要组成部分。伴随着高通量测序方法的发展和DNA数据的丰富，各种基因组挖掘方法和工具被开发出来，以指导发现和表征这些天然产物。本文综述了近年来基因组挖掘的网络工具、数据库和方法，着重介绍次级代谢产物生物合成基因簇的挖掘手段，从经典的基因组挖掘到基于抗性基因挖掘、基于系统进化发育的挖掘，并对基因组挖掘在天然产物发现中的地位和前景进行了展望。

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9. 微生物药物的合成生物学研究进展

饶聪, 云轩, 虞沂, 邓子新

合成生物学 2020, 1 (1): 92-102. DOI: 10.12211/2096-8280.2020-036

摘要（5595）

HTML （564）

PDF（pc）（1980KB）（5257）

微生物天然产物一直都是新型生物药物创新的主要源泉，是目前开发临床抗菌、抗肿瘤、免疫抑制剂等药物的重要资源。随着临床耐药菌的日益增多，新型病原菌和病毒的不断出现，以及新骨架天然产物挖掘难度的增加，新型微生物药物的开发正面临着巨大挑战。作为21世纪生命医学领域催动原创突破和学科交叉融合的前沿学科，合成生物学的崛起为解决药物研发困境提供了新的思路和方法，它可以突破天然药物发现的瓶颈，设计新的生物合成途径，产生更多天然药物及类似物。本文综述了近五年来合成生物学在微生物药物研究领域的技术革新，及其在氨基糖苷类抗生素、核苷类抗生素、核糖体肽、萜类以及聚酮类化合物等5大类微生物天然药物的发掘、生物合成以及新结构创制等方面的应用。

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10. 双特异性抗体及纳米技术在肿瘤免疫治疗中的应用进展

许仕琳, 许海燕

合成生物学 2022, 3 (2): 352-368. DOI: 10.12211/2096-8280.2021-045

摘要（2094）

HTML （72）

PDF（pc）（1420KB）（5221）

单克隆抗体已经广泛用于肿瘤的靶向治疗，但由于肿瘤属于异质性疾病，涉及介导疾病进展的多种配受体信号变化以及信号级联通路之间的交互作用。因此，针对单一抗原的治疗难以有效抑制疾病的进程，而阻断多种不同的病理因素和途径是有望提高治疗效果的重要途径。近年来，合成生物学、生物工程和纳米技术等在不断发展，利用这些技术来设计工程化的治疗性抗体或可为肿瘤靶向免疫治疗带来新的思路。双特异性抗体是一种具有两种抗体特异性的人工抗体，可以同时识别不同的抗原或表位，由此实现多种功能，例如可以将T细胞重定向至肿瘤细胞并同时阻断两条不同的或相互串扰的细胞信号传导通路；与此同时，备受关注的纳米载体技术则为双抗体药物的研发与应用提供了有利的新工具。本文首先对双特异性抗体的生产和制备做简要介绍，然后对双特异性抗体在恶性血液肿瘤（急性髓细胞白血病和B细胞恶性血液肿瘤）和实体瘤（乳腺癌、卵巢癌、肺癌和头颈癌等）免疫治疗中的应用进展做分类介绍，并进一步介绍了双特异性抗体与纳米技术相结合形成的递送系统在肿瘤免疫治疗中的研究进展；最后讨论了双特异性抗体在设计和医学应用中面临的问题，并展望了纳米技术介导的靶向治疗策略在肿瘤治疗中的应用前景，以及双特异性抗体与免疫检查点抑制剂或疫苗等其他疗法联合应用的可能。

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11. CRISPR基因编辑技术在微生物合成生物学领域的研究进展

李洋, 申晓林, 孙新晓, 袁其朋, 闫亚军, 王佳

合成生物学 2021, 2 (1): 106-120. DOI: 10.12211/2096-8280.2020-039

摘要（5894）

HTML （483）

PDF（pc）（2241KB）（5199）

微生物合成生物学是一门新兴的交叉学科，其主要目的是通过改造或创制微生物细胞，使微生物具有特定的生理功能或生产目标产物，因此需要高效、快速、精准的基因操作工具。CRISPR技术是一种成本低、操作简便、效率高、功能多样的基因编辑技术，近年来被广泛应用于合成生物学、代谢工程和医学研究等领域，极大地促进了这些领域的发展。本文简述了CRISPR基因编辑技术的发展历史及其作用机制，重点介绍了近年来CRISPR/Cas9技术在微生物合成生物学领域研究和应用的进展，列举了CRISPR/Cas9技术在微生物合成生物学中生产目标产品的研究，总结了由CRISPR/Cas9技术衍生出的CRISPR/Cas12a、CRISPR/Cas13等技术在微生物合成生物学领域的研究及应用，提出了CRISPR基因编辑技术现存的PAM依赖性、脱靶效应、安全性和应用广泛性等问题，最后展望了该技术在构建高效微生物细胞工厂生产高附加值化合物的发展前景和创造更多适合生产高附加值产品的底盘生物的研究方向。

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12. 光酶催化合成进展

明阳, 陈彬, 黄小强

合成生物学 2023, 4 (4): 651-675. DOI: 10.12211/2096-8280.2022-056

摘要（4949）

HTML （432）

PDF（pc）（5786KB）（5190）

酶催化具有绿色温和、高效高选择性的优势，在工业生产和技术研发等领域发挥着重要作用。然而，酶能催化的反应类型相对有限，难以满足未来绿色生物合成的需要。光催化已成为在温和反应条件下生成活性反应中间体的有效策略，但是光化学反应的选择性调控一直是个挑战性难题。结合光催化与酶催化的光酶催化合成，能够突破天然酶催化功能的局限，并为光化学领域的选择性调控难题提供新的解决方案，成为合成科学领域的研究热点之一。本文综述了光酶催化合成的最新研究进展，根据光酶的结合模式分成四部分讨论：光氧化还原实现辅因子再生、光催化剂-酶的协同或串联反应、光激发已知酶实现新转化、人工光酶。本文归纳了近年来光酶催化合成的代表性工作，重点分析光酶催化反应的化学机制和实现新生物转化的策略。与此同时，通过分析该领域当下面临的瓶颈，本文展望了光酶催化未来的发展方向，希望能够为光酶催化新转化的开发和更多高附加值化学品的绿色不对称合成提供参考。

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13. 光遗传学照进生物医学研究进展

于袁欢, 周阳, 王欣怡, 孔德强, 叶海峰

合成生物学 2023, 4 (1): 102-140. DOI: 10.12211/2096-8280.2022-030

摘要（2410）

HTML （206）

PDF（pc）（5942KB）（5168）

近年来，光遗传学技术因具有非侵入性、可逆性、时空特异性等优点被广泛应用于生物医学研究领域，为疾病治疗提供了新思路和新理念。光作为一种理想的基因表达诱导物，以前所未有的时空精度操控基因表达和细胞行为。随着光遗传学技术的深入研究，基于光遗传学的个性化精准治疗和临床转化成为可能。本文主要介绍了响应不同波长的光遗传学工具及其用于神经系统疾病、肿瘤、心血管疾病、糖尿病、肠道疾病等精准治疗和用于控制基因转录表达、基因编辑、基因重组以及细胞器运动等应用。同时也介绍了光遗传学技术与智能电子设备的有机结合及其在便携式生物电子药物、人工智能诊疗方面的最新研究进展。光遗传学的迅速发展极大地拓展了传统生物电子医学领域。光控系统的远程可控性、可逆性和无毒性为光遗传学在生物医学中的应用提供了坚实的基础。这些方法的成功将对未来实践中的精准医疗产生持久的影响。最后探讨了光遗传学工具存在的问题和在未来临床应用面临的挑战，并对其未来发展前景进行了展望。

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14. 人工智能时代下的酶工程

康里奇, 谈攀, 洪亮

合成生物学 2023, 4 (3): 524-534. DOI: 10.12211/2096-8280.2023-009

摘要（5349）

HTML （495）

PDF（pc）（1310KB）（5046）

自然界中存在的酶拥有多种多样的功能，它们已经被应用在工业生产和学术研究中，但其中许多酶的性质和功能还不能完全满足应用需要，通过改造来提升这类酶的某些特性是酶工程的重要任务。本文介绍了酶工程的主要发展历程，并重点梳理了人工智能（AI）助力酶工程领域的研究进展。酶工程主要包括理性设计、定向进化、半理性设计和人工智能辅助设计等策略。理性设计方法根据酶的催化机理、结构等先验知识进行改造。定向进化技术通过构建随机突变文库和高通量筛选提升目标酶的稳定性和活性等性质。半理性设计方法借助一系列计算方法构建相比于定向进化更小也更合理的突变文库以降低筛选工作量。人工智能技术在大量数据驱动下可以学习有关蛋白质构成和进化的特征信息。通过直接学习自然界中存在的蛋白质序列、共进化信息和结构，深度神经网络已经可以解决许多类型的酶工程问题，如预测具有有益影响的突变、优化蛋白质的稳定性、提高催化活性等。通过对酶工程现状进行分析，本文旨在进一步推动酶的开发和优化以实现更广泛的应用，为研究者和相关从业人员提供更多有价值的见解。

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15. 合成生物制造进展

张媛媛, 曾艳, 王钦宏

合成生物学 2021, 2 (2): 145-160. DOI: 10.12211/2096-8280.2020-052

摘要（4341）

HTML （605）

PDF（pc）（2003KB）（4916）

合成生物制造是以合成生物为工具进行物质加工与合成的生产方式，有望彻底变革未来医药、化工、食品、能源、材料、农业等传统模式，触发新的产业变革，引领新的产业模式和经济形态，重塑碳基物质文明。合成生物制造具有清洁、高效、可再生等特点，能够减少工业经济对生态环境的影响。本文综述了近年来合成生物制造在大宗发酵产品、精细与医药化学品、可再生化学品与聚合材料、天然产物、未来农产品以及一碳原料利用方面的重要进展，对各领域代表性重大产品的技术进展及产业应用状况与潜力进行了探讨。未来，随着合成生物学发展，以及与人工智能、大数据等新技术的融合，通过合成生物制造可以获得更多的生物基产品，促进生物经济形成，更好地服务于人类社会的可持续发展。

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16. 植物合成生物学研究进展

张博, 马永硕, 尚轶, 黄三文

合成生物学 2020, 1 (2): 121-140. DOI: 10.12211/2096-8280.2020-016

摘要（4646）

HTML （369）

PDF（pc）（2509KB）（4655）

合成生物学是汇聚了工程学和生物学的新兴交叉学科，近年来逐步在植物研究领域中显现其重要作用。利用合成生物学技术不仅可以对作物的产量及营养品质性状进行精准的改良和优化，还有望将植物改造成高价值的植物天然产物生产工厂满足人们更多的需求。本文从DNA合成与组装、植物基因编辑技术、核和质体遗传转化体系以及染色体工程等方面介绍了在植物中广泛应用的合成生物学技术。阐述了利用合成生物学开展多样化生物传感器设计、作物产量优化、营养品质强化、植物天然产物与蛋白高效合成等方面的最新研究进展。最后讨论了目前植物合成生物学所面临的问题以及今后的发展趋势。相信经过新一轮的快速发展，植物合成生物学将在未来农作物育种中发挥越来越重要的作用。

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17. 酵母终止子工程：从机理探索到人工设计

盛月, 张根林

合成生物学 2020, 1 (6): 709-721. DOI: 10.12211/2096-8280.2020-009

摘要（1708）

HTML （130）

PDF（pc）（2046KB）（4616）

生物系统的复杂性为生物元器件的构建提出了挑战，新型控制元件的发现和稳定可调节的元件设计成为合成生物学的重要内容之一。终止子作为基因元件独立于编码基因行使终止转录的功能，是一种重要的合成生物学控制元件。研究表明终止子作用有强有弱，终止子的选择会直接影响mRNA的量，并且随着终止子结构与功能的逐渐清晰和对转录终止机理的深入解析，以短小、可控、可设计为特征的终止子工程得以快速发展。本文以常规酿酒酵母为基础，系统总结了酿酒酵母中终止子元件在结构发现、功能表征、转录终止机理方面的最新研究进展，并讨论了终止子的人工设计及在途径工程精细调控领域的应用情况，展望了终止子工程面临的挑战、可能的解决途径及在非模式酵母中发展的潜力和意义。这为研究人员开发合成生物学元件和异源合成途径优化提供了科学的理论参考。

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18. 无细胞蛋白质合成：从基础研究到工程应用

后佳琦, 姜楠, 马莲菊, 卢元

合成生物学 2022, 3 (3): 465-486. DOI: 10.12211/2096-8280.2021-064

摘要（4072）

HTML （302）

PDF（pc）（2624KB）（4582）

无细胞蛋白质合成是无细胞合成生物学的技术核心，亦被称为体外蛋白质翻译，是一种用于补充基于细胞的蛋白质表达的技术。无细胞蛋白质合成系统无需完整的活细胞就可以在体外受控环境中模拟整个细胞的转录和翻译过程，并允许对单个成分和反应网络进行详细深入的研究。因此，无细胞蛋白质合成作为一种平台技术，有望克服当前胞内生产系统中因为细胞膜约束带来的表达局限性，在基础科学研究和应用科学研究中具有广阔的前景。无细胞系统操作简单、便于控制，相对于体内蛋白质表达，其优势还包括其开放特性、消除对活细胞的依赖以及将所有系统物质能量集中在目标蛋白质生产上。本文首先概述了无细胞蛋白质合成系统的组成及基于不同组件类型的无细胞蛋白质合成系统的发展，包括以不同生物提取物为基础的系统以及使用重组元素的蛋白质合成体系。之后介绍了以分批反应、连续交换为代表的无细胞蛋白质合成系统的不同反应模式，阐述了无细胞在基因电路、蛋白质工程和人工“生命体系”构建中的应用和研究进展。其中，基因电路主要概述了无细胞技术在原型设计、生物传感、代谢工程三个方面的最新应用；蛋白质工程依次罗列了无细胞技术在膜蛋白、类病毒颗粒、翻译后修饰、非天然氨基酸嵌入以及蛋白质进化等方面的应用拓展；在人工“生命体系”构建中，噬菌体的合成和人工细胞的构筑开辟了新的前沿领域。最后文章分析了无细胞蛋白质合成系统在未来进一步的科学研究和工业化应用中面临的机遇和挑战。

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19. 细菌群体感应系统在细胞间通讯中的应用及其合成生物学研究进展

李晓萌, 姜威, 梁泉峰, 祁庆生

合成生物学 2020, 1 (5): 540-555. DOI: 10.12211/2096-8280.2020-043

摘要（4070）

HTML （259）

PDF（pc）（1959KB）（4550）

群体感应（quorum sensing，QS）是一种细菌细胞与细胞间的通讯系统，细菌通过分泌扩散性小分子信号感知细菌群体的密度，从而引起一组特定基因在转录水平协调表达。随着研究的不断深入，群体感应相关基因元件及调控原理逐渐清晰。近年来通过合成生物学手段构建包含细菌QS系统组成部分的基因线路，实现了种内和种间的人工通讯，而且这些基于QS的基因线路在生物技术和生物医药等领域有着巨大的应用潜力。本文综述了几种目前研究相对清楚且有代表性的微生物群体感应系统及其主要功能作用，介绍了基于群体感应系统构建的合成生物学基因线路在种内细胞间通讯和种间细胞间通讯的应用，并讨论了微生物群体感应系统研究在构建生物计算工具、调控种群密度和调节代谢流等方面的未来发展前景。

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20. 合成微生物群落研究进展

曲泽鹏, 陈沫先, 曹朝辉, 左文龙, 陈业, 戴磊

合成生物学 2020, 1 (6): 621-634. DOI: 10.12211/2096-8280.2020-012

摘要（4228）

HTML （449）

PDF（pc）（2495KB）（4327）

合成微生物群落属于合成生物学和微生物组学的交叉领域，是新兴的研究方向。合成微生物群落是人工合成的多个物种共培养的微生物体系，具有组成明确、可操控性高等特点，在研究微生物组的功能和生态机制方面有着明显的优势。本文将从以下几个方面介绍合成微生物群落的研究进展：①微生物群落生态学，包括微生物之间的相互作用、宿主和其他环境因素对群落结构的影响；②合成微生物群落的研究方法，围绕设计-构建-测试-学习循环；③合成微生物群落在多个领域的应用，包括人体疾病治疗、植物抗逆、工业生产、环境修复等多个领域。最后，提出了合成微生物群落领域有待解决的重要问题，包括如何构建可控和稳定的微生物互作网络、如何表征和控制微生物群落的空间结构以及如何精准地控制微生物群落的功能。

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