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1. 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 （3148）   HTML （394）    PDF（pc） （1858KB）（4039）    可视化    收藏 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。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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2. 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 （3168）   HTML （324）    PDF（pc） （2241KB）（3442）    可视化    收藏 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。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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3. 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 （4792）   HTML （458）    PDF（pc） （6155KB）（3374）    可视化    收藏 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。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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4. 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 （2984）   HTML （468）    PDF（pc） （2003KB）（3052）    可视化    收藏 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。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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5. DNA信息存储：生命系统与信息系统的桥梁 韩明哲, 陈为刚, 宋理富, 李炳志, 元英进 合成生物学    2021, 2 (3): 309-322.   DOI: 10.12211/2096-8280.2021-001 摘要 （5570）   HTML （532）    PDF（pc） （3021KB）（2962）    可视化    收藏 DNA信息存储通过编解码、合成、编辑和测序等过程，实现数字信息写入、存储与读出。其在密度、寿命、能耗和抗电磁干扰等方面较磁、光、电等常规的信息存储介质有较大优势。随着全球数据总量的快速增长，DNA信息存储的优势特性和发展潜力受到了研究者的广泛关注。本文阐述了DNA信息存储的基本原理和技术流程，分析了DNA信息存储与生命系统和信息系统的关联，并依据读写技术特点归纳近年来涌现的“DNA硬盘”“DNA光盘”“DNA磁带”等几种主要模式、发展现状及技术路线。在此基础上，探讨DNA信息存储商业化、大规模应用面临的主要挑战，讨论更低成本的数据写入和更快速的数据读出，并指出可行的发展路线。最后，展望了DNA作为新型存储介质在现代存储系统中的发展演化趋势。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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6. 人工智能辅助的蛋白质工程 卞佳豪, 杨广宇 合成生物学    2022, 3 (3): 429-444.   DOI: 10.12211/2096-8280.2021-032 摘要 （2880）   HTML （325）    PDF（pc） （2456KB）（2609）    可视化    收藏 蛋白质工程是合成生物学领域的重要研究方向之一。但目前人类对于蛋白质折叠、酶天然进化机制等基础生物学问题的理解仍很有限，因此基于理性设计方法进行蛋白质的功能从头设计（de novo design）仍然是一个难题。定向进化（directed evolution）通过在实验室模拟自然进化的原理，可以在不依赖结构和机制信息的基础上对蛋白质的功能进行有效优化。但是定向进化高度依赖高通量筛选方法，也限制了其对缺少高通量筛选方法的蛋白质进行改造的能力。近年来，人工智能辅助的蛋白质工程逐渐发展成为一种高效的蛋白质分子设计新策略，在蛋白质的结构预测、功能预测、溶解度预测和指导智能文库设计等多个方面显现出独特的优势，成为理性设计和定向进化之后的又一次技术发展的浪潮。本文综述了近年来人工智能辅助的蛋白质工程的应用进展，对其中的代表性工作进行了重点阐述。在简单介绍了人工智能蛋白质工程策略的原理和流程之后，对数据、分子描述符和人工智能算法等三个影响预测模型性能的关键点进行了分析，总结了该策略中的主要数据库、分子描述符和算法的主流工具包及平台，介绍了它们的功能、用途和网址。我们还对人工智能策略目前仍面临的不足进行了探讨，如高质量数据不足、实验数据存在偏差、缺少通用模型等。随着自动基因功能注释技术、超高通量筛选技术和人工智能算法的不断发展，将会给人工智能辅助的蛋白质工程提供足够的高质量数据和更准确的算法，从而不断提升人工智能辅助的蛋白质工程预测准确度，为合成生物学研究提供更大的助力。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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7. 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 （2954）   HTML （326）    PDF（pc） （2491KB）（2595）    可视化    收藏 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。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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8. 基因组的“读-改-写”技术 王会, 戴俊彪, 罗周卿 合成生物学    2020, 1 (5): 503-515.   DOI: 10.12211/2096-8280.2020-013 摘要 （2243）   HTML （240）    PDF（pc） （2023KB）（2532）    可视化    收藏 基因组是生命系统的指令中枢，对基因组的研究是生命科学的核心内容，基因组研究相关技术的开发是深化对基因组序列和功能认识的重要推动力量。通过基因组测序获取基因组全序列，通过人工诱变、定点编辑研究基因组局部序列的功能与调控，通过对基因组的从头设计与化学再造实现对生命性状的定制，是基因组研究的三个不同层面。从一代测序到三代测序，基因组“读”技术极大地降低了成本和难度，提升了速度和精准度，引领着复杂基因组、大型基因组从草图走向完成图时代。通过人工诱变、定点编辑等技术可以改变野生型基因组的局部序列，研究基因组序列的功能与调控。从人工诱变到定点编辑，从ZFN到CRISPR，基因组“改”技术在效率、适用对象和简便性上有了显著的提高，为“基因型-表型”研究提供了有力工具，精准编辑、高通量编辑逐步走向应用。通过对基因组的从头设计与化学再造，书写人工基因组，可以获得对基因组全局的系统认识，实现对生命性状的定制。从病毒基因组合成、细菌基因组合成到酵母基因组合成，再到国际基因组写计划，基因组“写”技术在适用对象上不断拓展，人工设计、化学再造正成为复杂生物学问题研究和已有性状优化、新性状引入的一把利器。本文主要综述了基因组测序（读）、基因组编辑（改）和基因组合成（写）技术的发展历程、各自的特征、目前的研究进展及在基因组研究方面的一些应用，并对近期相关技术的可能突破点进行了总结和展望。“读-改-写”技术互为支撑，推动基因组研究在致知和致用领域两面开花。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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9. 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 （1849）   HTML （221）    PDF（pc） （3627KB）（2494）    可视化    收藏 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。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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10. 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 （2147）   HTML （210）    PDF（pc） （6343KB）（2412）    可视化    收藏 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。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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11. 生物分子序列的人工智能设计 王也, 王昊晨, 晏明皓, 胡冠华, 汪小我 合成生物学    2021, 2 (1): 1-14.   DOI: 10.12211/2096-8280.2020-074 摘要 （2391）   HTML （273）    PDF（pc） （2159KB）（2352）    可视化    收藏 合成生物学研究本着师法自然、改造自然及超越自然的理念，其核心是通过人工方式将基因元件优化改造和重新组合，以得到满足需要的人工生物系统。获取性能优异的生物元件是构建和控制人工生物系统的基础。近年来，人工生物分子在代谢工程和基因治疗等领域有着广泛应用。如何在广袤的分子序列空间中高效地搜索与设计具有特定生物功能的分子序列，是合成生物学所面临的重要科学问题。伴随着人工智能技术的快速发展，智能算法在复杂生物特征的挖掘与生物分子的设计中表现出巨大潜力。本文从利用深度学习技术发掘的复杂特征规律为指导，智能化地探索新药物分子、核酸序列和蛋白质序列空间的角度出发，重点分析了深度生成式模型在不同人工生物序列设计中的应用特点。在此基础上，结合小分子化合物、核酸和蛋白质等生物分子设计的应用案例，总结分析了针对人工生物分子序列设计的定向寻优策略。为了对智能算法设计的分子进行评估，系统分析了不同领域中不同角度序列设计评估方案的特点，展望了人工生物序列智能设计的发展，需要充分考虑生物系统具有多层次间调控高度耦合的复杂特性，从系统角度对不同层次的生物序列进行优化设计，从而推动人工生物系统的智能适配与优化。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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12. 噬菌体合成生物学研究进展和应用 袁盛建, 马迎飞 合成生物学    2020, 1 (6): 635-655.   DOI: 10.12211/2096-8280.2020-027 摘要 （1955）   HTML （154）    PDF（pc） （2819KB）（2302）    可视化    收藏 噬菌体是地球上多样性最高和最丰富的生物体，也是合成生物学研究中重要的模式生物。噬菌体基因组相对较小，结构简单，是研究基本生命过程最简单的生物系统。通过对噬菌体基因组进行编辑，乃至重新设计、合成噬菌体基因组，获得具有新的功能的噬菌体，是当前噬菌体合成生物学研究的重要内容。本文综述了当前合成生物学在解决天然噬菌体的基础研究和应用研究中的主要进展，如通过人工改造的噬菌体已成功用于提高噬菌体的侵染效率，调节噬菌体宿主范围，降低噬菌体毒性和免疫原性，提高给药后噬菌体存活周期，提高噬菌体对生物膜的降解等；此外，噬菌体展示、噬菌体辅助的持续进化和噬菌体介导的DNA转导等也成为合成生物学研究中强大的工具。总之，合成生物学的发展将为模块化设计噬菌体作为多功能生物制剂、控制多重耐药细菌、病原体检测、药物开发、菌群的调控、药物递送，甚至噬菌体纳米材料等铺平道路。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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13. 运动发酵单胞菌底盘细胞研究现状及展望 杨永富, 耿碧男, 宋皓月, 何桥宁, 何明雄, 鲍杰, 白凤武, 杨世辉 合成生物学    2021, 2 (1): 59-90.   DOI: 10.12211/2096-8280.2020-071 摘要 （2276）   HTML （179）    PDF（pc） （4923KB）（2206）    可视化    收藏 运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）是目前已知唯一能够在厌氧条件下利用Entner-Doudoroff（ED）途径代谢葡萄糖、果糖和蔗糖产乙醇的革兰氏阴性细菌，具有乙醇发酵速率高和对糖表观收率高、乙醇耐受性好及生物安全（generally regarded as safe，GRAS）等特点。基于合成生物学方法和代谢工程改造，可以作为纤维素乙醇及其他生物基产品生物炼制的细胞工厂。本文综述了运动发酵单胞菌独特的生理特点及其作为细胞工厂在不同领域的应用，重点介绍了构建运动发酵单胞菌作为底盘细胞，实现工业产品规模化经济生产涉及的系统生物学、合成生物学及代谢工程改造相关方法、技术与工具等方面的进展及瓶颈。同时探讨了持续开发、完善、应用高效精准的基因编辑技术、代谢途径精准时空调控方法及高通量自动筛选检测手段，在运动发酵单胞菌基因组精简优化以及生物固碳与固氮等方面取得的突破，推动合成生物学理论研究和实践应用的发展。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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14. 人工DNA合成技术：DNA数据存储的基石 黄小罗, 戴俊彪 合成生物学    2021, 2 (3): 335-353.   DOI: 10.12211/2096-8280.2020-088 摘要 （2033）   HTML （237）    PDF（pc） （1954KB）（2160）    可视化    收藏 DNA数据存储由于在存储应用上的诸多优点而日渐受到广泛关注。DNA数据存储流程包括将0/1二进制信息转换为A/T/C/G碱基序列，利用人工DNA合成技术将碱基序列合成为DNA多聚物分子，以及通过测序技术进行数据读出等环节。然而，目前的人工DNA合成成本依然高昂，严重制约了以DNA为介质的数据存储技术的快速发展及其产业化应用。人工DNA合成作为DNA数据存储的基础技术和成本关键，是决定DNA数据存储从理论走向应用的主要因素。本文以DNA合成的发展历程出发，系统地总结了其关键技术的研究进展，包括柱式化学寡核苷酸合成、芯片化学寡核苷酸合成、寡核苷酸纯化、寡核苷酸拼装、基因合成纠错与克隆筛选、大片段基因合成组装及基因组合成，以及新一代酶法合成等。同时，进一步总结和分析了DNA合成技术关键参数长度、成本及速度对DNA数据存储商业化发展的影响，以期为DNA数据存储的全流程技术开发和应用研究提供一定的参考和思路。降低DNA合成成本，开发更加高效的基因组合成策略，进一步发展新一代酶法DNA合成技术，以及建立面向DNA数据存储的长片段、低成本、快写入等功能应用的DNA合成技术等是未来DNA合成技术的重要发展趋势。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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15. DNA合成、组装与纠错技术研究进展 彭凯, 逯晓云, 程健, 刘莹, 江会锋, 郭晓贤 合成生物学    2020, 1 (6): 697-708.   DOI: 10.12211/2096-8280.2020-034 摘要 （1997）   HTML （212）    PDF（pc） （2153KB）（2081）    可视化    收藏 DNA设计合成是推动生命科学及其相关领域发展的关键共性底层技术。常规的遗传操作技术仅能对已有的DNA序列进行有限的改造，而DNA合成技术则可从头“书写”生命信息，从另一高度提升我们对生命体理解、预测和操控的能力。DNA合成技术包括寡核苷酸合成技术、DNA组装技术以及DNA纠错技术。本文总结了以上关键技术的特点和发展趋势，经历超过60年的发展后，化学合成法仍然是当前寡核苷酸合成的主流方法，它被广泛应用于柱式及芯片DNA合成仪，酶法DNA合成技术则有望颠覆传统的DNA化学合成方法；现有DNA合成技术在合成能力和准确性上存在局限，难以直接准确合成基因长度的DNA片段，分级的体外与体内组装技术的合理搭配，可将分段合成的寡核苷酸片段装配成长片段DNA，达到基因长度甚至基因组长度DNA序列的合成，它也因此成为长片段DNA合成的关键；寡核苷酸的合成与组装过程都不可避免地引入错误，基于错配结合或错配切除的纠错技术在DNA合成过程不同阶段的应用，不仅能提高DNA合成的准确性，还可有效降低长片段DNA合成的质控成本。近年来合成生物学等相关领域的迅猛发展，对DNA合成相关技术提出了新的要求，正推动DNA合成、组装与纠错相关技术向着高通量、自动化和集成化的方向不断改进和创新。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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16. 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 （1860）   HTML （265）    PDF（pc） （2169KB）（2001）    可视化    收藏 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。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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17. 微生物细胞工厂的设计构建：从诱变育种到全基因组定制化创制 袁姚梦, 邢新会, 张翀 合成生物学    2020, 1 (6): 656-673.   DOI: 10.12211/2096-8208.2020-050 摘要 （1877）   HTML （223）    PDF（pc） （2863KB）（1996）    可视化    收藏 微生物细胞工厂（microbial cell factories，MCFs）被广泛用于生产丰富多样的化学品、食品、药品和能源，是绿色生物制造的核心环节。早期主要通过天然微生物的筛选和诱变育种的方式获得高产菌种，然而作为一种“以时间（人力）换水平”的非理性策略，其创制效率极低。随着分子生物学和基因工程研究方法的不断发展，对微生物系统认知和改造能力的进步促使代谢工程学科诞生。基于生物学知识的理性/半理性代谢工程设计和构建策略，目前已发展了从分子、途径到基因组层次不同的MCFs设计和工程化构建策略。本文结合实际案例对MCFs的设计及构建策略进行综述，首先回顾传统诱变育种和代谢工程指导的理性/半理性设计策略，探讨如何突破代谢工程经典框架的限制，实现全基因组水平定制化MCFs的快速构建，最后对这一新的构建范式的未来进行展望。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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18. 天然产物成药性的合成生物学改良 王清, 陈依军 合成生物学    2020, 1 (5): 583-592.   DOI: 10.12211/2096-8280.2020-019 摘要 （1832）   HTML （126）    PDF（pc） （2109KB）（1984）    可视化    收藏 微生物和植物来源的天然产物结构复杂多样，具有抗感染、抗肿瘤、免疫抑制等多种活性，是现代临床治疗药物的重要来源之一。然而，大部分天然产物存在水溶性差、活性不强、结构类似物多以及可及性受限等问题，难以通过简单的化学修饰和改造解决，极大限制了天然产物的成药性及其后续研发。综合基因工程、代谢工程、基因组学、系统生物学、合成化学和计算生物学等学科的合成生物学，为改善天然产物的成药性提供了新机遇。本文针对限制天然产物成药的主要因素，概述了近年来利用合成生物学方法与策略在提高天然产物成药性方面取得的研究进展。通过理性分析天然产物的构效关系、挖掘合成和调控元件、构建系列反应模块和人工合成体系、筛选并优化底盘生物等策略，实现了多种天然产物来源药物或前体在“细胞工厂”中的定向、高效合成。与此同时，合成生物学技术也衍生了结构多样和性质改良的生物活性分子和潜在新药。随着合成生物学、药学和信息科学等方面的发展，可以预见提高和改善天然产物成药性的研究将会进入一个崭新的时代。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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19. 基于合成生物技术构建高效生物制造系统的研究进展 张晓龙, 王晨芸, 刘延峰, 李江华, 刘龙, 堵国成 合成生物学    2021, 2 (6): 863-875.   DOI: 10.12211/2096-8280.2021-015 摘要 （1416）   HTML （217）    PDF（pc） （1654KB）（1892）    可视化    收藏 基于合成生物技术构建绿色高效的生物制造系统是实现可持续化发展的重要途径，该技术的发展应用有望为食品、能源、医药、化工以及畜牧养殖等行业带来革命性的技术变革。本文针对基于合成生物技术构建高效生物制造系统进行系统性的总结与讨论。首先概述了代谢工程、酶工程、辅助系统优化以及发酵过程控制等技术的研究进展；其次，着重对比总结了大肠杆菌、芽孢杆菌属、谷氨棒酸杆菌以及酵母属等典型模式宿主的代谢特性，探究了各微生物制造系统的适用范围。最后，对合成生物技术在构建高效生物制造系统领域中的应用前景进行了展望。精细多元的代谢工程技术、高效简便的酶工程策略以及数字化的微生物系统将是促进高效生物制造系统构建的新引擎与新动力。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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20. 从药物多肽到蛋白质全合成：酶促拼接的方法原理与前沿应用 杨新宇, 朱彤, 李瑞峰, 吴边 合成生物学    2021, 2 (1): 33-45.   DOI: 10.12211/2096-8280.2020-064 摘要 （1869）   HTML （124）    PDF（pc） （3383KB）（1869）    可视化    收藏 蛋白质是生命活动的基础功能元件，其化学合成与定点修饰已成为合成生物学领域探索复杂生物大分子“结构-功能”关系的重要前沿方向。近年来，以多肽固相合成与特异性拼接为核心的蛋白质合成和修饰技术蓬勃发展，打破了生命合成系统仅能使用天然及少数非天然氨基酸的瓶颈，为制备含有数百个氨基酸残基的非天然蛋白质提供了技术平台，让原子水平的蛋白质人工设计成为现实。作为一类广受关注的多肽拼接策略，基于天然或人工改造多肽连接酶的技术方法不仅在基础研究领域拓展了人们对蛋白质这一生命核心元件的理解，还在工业领域崭露头角，被应用于多种多肽类药物的生产。针对蛋白质合成领域中酶促多肽拼接技术平台，本文介绍了Sortase A转肽酶、Butelase 1转肽酶以及Subtilisin人工连接酶的来源以及催化过程，探讨了各自的优势以及局限性，并综述了三种酶在蛋白质修饰、蛋白质合成、多肽药物环化等方面的应用。通过计算机辅助设计、定向进化等技术对转肽酶、连接酶进行改造来提升其在底物谱、催化活性等方面的特性，将化学方法与酶促方法联用来建立多样的生物大分子从头设计与合成路线是目前的主要发展趋势。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价