1、 合成生物学及青蒿素合成合成生物学及青蒿素合成 Contents合成生物学概述1合成生物学原理2青蒿素的合成34IGEM大赛生命生命1.0版本版本 早在早在36亿年前，微小的生命就已经诞亿年前，微小的生命就已经诞生，他们通过自我复制繁殖个体，并生，他们通过自我复制繁殖个体，并在遗传变异和自然选择下进化成了今在遗传变异和自然选择下进化成了今天成百上千的物种天成百上千的物种 生命学家将这种自然演化的有机体称生命学家将这种自然演化的有机体称为生命为生命10版本版本生物大家族中的新成员生物大家族中的新成员 不过现在，将会有一些新成员加入到这个生物大家族。在过去这些年里，科学家一直在尝试从零开始制造全新
2、的生命形式用化学物质造出合成（脱氧核糖核酸），由合成基因，再由基因形成基因组，最终在实验室造出全新生物体的分子系统，而这种生物体在自然界从未出现过。由基因工程到合成生物学由基因工程到合成生物学 自人类基因组测序完成之后，自然演化的有机体的基因组图谱正在以前所未有的速度被绘制完成，而其中的遗传密码也将被逐渐解开。合成生物学家认为，他们可以利用这些已知信息来设计、他们可以利用这些已知信息来设计、打造新生命形式。打造新生命形式。在过去，遗传工程一直拘囿于对已有的遗传密码进行简单修补改造简单修补改造，比如从一种细菌中提取一个基因，然后植入玉米或猪的染色体。而合成生而合成生物学所要打造的生命种类是全新的
3、物学所要打造的生命种类是全新的它不是任它不是任何一个原始母细胞的后裔，也没有哪个物种是它何一个原始母细胞的后裔，也没有哪个物种是它的祖先。其实在本质上，这是一个逆自然的过程。的祖先。其实在本质上，这是一个逆自然的过程。什么是合成生物学？什么是合成生物学？(1)新的生物零件、组件和系统的设计与建造新的生物零件、组件和系统的设计与建造;(2)对现有的、天然的生物系统的重新设计对现有的、天然的生物系统的重新设计合成生物学的定义合成生物学的定义SystemsParts&FabricationDesignToolsRegistriesSynthesisMeasurementQuickTime and a
4、Video decompressorare needed to see this picture.ApplicationsThe Goal标准化标准化底盘机架底盘机架合成生物学的学科基础与应用范围合成生物学的学科基础与应用范围数数学学物物理理学学工工程程学学生生物物学学计计算算机机科科学学化化学学信信息息学学合 成 生 物 学合 成 生 物 学生 物生 物质 能质 能生物医学生物医学环境修复环境修复精细精细化学品化学品食品食品原料原料生物材料生物材料生物传生物传感器感器生物生物计算机计算机 合成生物学应用合成生物学应用 对现有的、天然的生物系统的重新设计对现有的、天然的生物系统的重新设计青蒿素
5、的生物合成青蒿素的生物合成 青蒿素是当今普遍使用的最有效抗疟疾药物，与从植物青蒿中直接提取青蒿相比，通过生物工程菌如酵母发酵生产青蒿素，成本低很多。不仅如此，合成生物学的发展不仅使得青蒿素的合成工艺更加简单，而且也有助于扩展这种药物的药效。美国科学家合成青蒿素的前体物质青蒿酸 美国加利福尼美国加利福尼亚大学伯克利分校亚大学伯克利分校化学工程学的教授化学工程学的教授Jay Jay KeaslingKeasling及及其同事最近成功地其同事最近成功地用转基因酵母合成用转基因酵母合成了青蒿素的前体物了青蒿素的前体物质质青蒿酸，青蒿酸，有望大幅增加青蒿有望大幅增加青蒿素产量，有关论文素产量，有关论文发
6、表在发表在自然自然杂杂志上。志上。青蒿素的生物合成The process for the microbial production of artemisinin.Using synthetic biology通过植物青蒿的amorphadiene 合成酶(ADS)密码子优化、共表达SOE4 操纵子(编码DXS、IPPHp、IspA)以及引入异源的酵母菌甲羟戊酸途径等途径,提高了amorphadiene 的产量。对于酵母菌,主要主要工作包括改造工作包括改造FPP 合成途径合成途径,引入植物青蒿的引入植物青蒿的amorphadiene 合成酶合成酶(ADS)基因基因,克隆青蒿类植克隆青蒿类植物转化
7、物转化amorphadiene 为青蒿酸的细胞色素为青蒿酸的细胞色素P450 氧化还原酶等氧化还原酶等。改造后的菌株使青蒿酸的合成能力大大提高。上改造后的菌株使青蒿酸的合成能力大大提高。上述结果可望以低成本生产抗疟疾药物述结果可望以低成本生产抗疟疾药物,用于第三世用于第三世界地区的疾病治疗。界地区的疾病治疗。16什麼是IGEM?国际基因工程机器大赛国际基因工程机器大赛IGEMIGEM IGEM是International Genetically Engineered Machine competition（国际基因工程机器大赛）的缩写，是国际上合成物学领域的顶级大学生科技赛事。合成生物学史近年来生命科学领域的新兴方向，其目标是希望通过重组现有的基于DNA序列的功能组件，如调控序列，RNA，蛋白质等，实现对生命科学研究或者对生产生活有意义的新的菌种。这个方向直接搭建起了基础生物研究和生产生活实践之间的桥梁，有些成果甚至直接转化成产品，所以同时受到了学术界和工业界的关注。
