第一章　合成生物學概述 001
第一節(jié)　合成生物學概念 001
第二節(jié)　合成生物學的研究內(nèi)容和意義 003
一、合成生物學研究的基本步驟 003
二、合成生物學研究的核心內(nèi)容 004
三、合成生物學研究意義 011
第三節(jié)　合成生物學： 多學科交叉領域和工程化特質(zhì) 012
一、合成生物學與遺傳學和分子生物學的交叉 012
二、合成生物學與系統(tǒng)生物學和生物信息學的交叉 013
三、合成生物學與基因工程和代謝工程的交叉 015
四、合成生物學的工程化特質(zhì) 016
第四節(jié)　合成生物學的創(chuàng)新與應用 017
一、合成生物技術在新材料開發(fā)中的創(chuàng)新與進展 017
二、通過合成生物學進行天然產(chǎn)物的高效合成 022
三、合成生物學在微生物藥物開發(fā)方面的創(chuàng)新與前景 029

第二章　合成生物學的原理和方法 033
第一節(jié)　合成生物學的基本原理 033
一、生物系統(tǒng)的解耦 033
二、生物系統(tǒng)的抽提 034
三、合成生物系統(tǒng)的設計原理與合成新反應的設計原理 035
第二節(jié)　合成生物學的模塊化設計： 生物積塊 040
一、生物積塊的通用符號和功能描述 043
二、生物積塊的連接方法 043
三、生物積塊的定量機制 044
第三節(jié)　合成生物系統(tǒng)的邏輯結構與分析 046
一、合成生物系統(tǒng)的基本邏輯結構 046
二、合成生物系統(tǒng)的組合邏輯結構 051
三、合成生物系統(tǒng)邏輯結構分析 052
四、分析方法和策略 053

第三章　合成生物系統(tǒng)的設計與調(diào)控 055
第一節(jié)　合成生物系統(tǒng)的元件 055
一、合成生物元件、裝置、系統(tǒng)和模塊的定義 055
二、合成蛋白質(zhì)元件 057
三、合成蛋白質(zhì)裝置 064
四、合成RNA元件 068
五、合成RNA裝置 072
第二節(jié)　合成生物系統(tǒng)的基因網(wǎng)絡 074
一、合成轉(zhuǎn)錄基因網(wǎng)絡 074
二、合成轉(zhuǎn)錄后基因網(wǎng)絡 075
三、合成信號轉(zhuǎn)導網(wǎng)絡 077
第三節(jié)　合成生物系統(tǒng)的結構 077
一、生物元件 078
二、生物裝置 080
三、生物系統(tǒng) 081
四、多細胞交互與群體感應 083
第四節(jié)　合成生物系統(tǒng)的設計 084
一、合成生物學的設計方法 084
二、新合成反應與網(wǎng)絡的設計 085
三、合成生物系統(tǒng)性能分析 090
第五節(jié)　構建合成生物系統(tǒng) 094
一、從頭合成基因組 094
二、簡化的生物系統(tǒng) 098
第六節(jié)　調(diào)控和優(yōu)化合成生物系統(tǒng) 102
一、單個元件的調(diào)控 102
二、代謝通路的系統(tǒng)優(yōu)化 104
三、對基因組范圍內(nèi)靶點進行識別和組合修飾 107

第四章　無細胞的合成生物系統(tǒng) 110
第一節(jié)　無細胞合成生物學與無細胞合成生物系統(tǒng) 110
一、基于細胞提取物體系 111
二、純化組分體系 112
三、多酶體系 112
第二節(jié)　無細胞合成生物系統(tǒng)的特點 113
一、直接控制 113
二、原位監(jiān)測和產(chǎn)品獲取 115
三、加速“設計-構建-測試” 周期 115
四、毒性物質(zhì)忍耐性 116
五、擴展生命化學 116
第三節(jié)　無細胞合成生物系統(tǒng)的工程改造 117
一、無細胞系統(tǒng)的優(yōu)化 117
二、基因模板及其設計 119
三、小分子的無細胞合成 120
第四節(jié)　無細胞合成生物系統(tǒng)的應用 122
一、在結構組學方面的應用 122
二、在高通量篩選方面的應用 122
三、在生物醫(yī)藥領域的應用 123

第五章　合成生物學的應用案例分析和發(fā)展趨勢 126
第一節(jié)　基于合成生物學的天然產(chǎn)物的微生物合成 126
一、合成生物學的研究進展 127
二、青蒿素的微生物合成 130
三、莽草酸的微生物合成 135
四、林可霉素生物合成基因簇的克隆、編輯及其異源表達 141
五、Sch40832生物合成基因簇的克隆 143
六、新型維里硫酰胺類抗生素的生物合成 144
七、萜類化合物的微生物合成 146
八、長春堿的微生物合成 150
第二節(jié)　生物材料中的合成生物學研究 151
一、合成生物學在生物基聚酰胺材料合成中的應用 151
二、細菌纖維素的微生物合成 161
三、聚羥基脂肪酸酯的微生物生產(chǎn) 163
第三節(jié)　合成生物學技術在生物能源和生態(tài)環(huán)保中的應用 166
一、合成生物學與生物能源 166
二、合成生物學與生態(tài)環(huán)保 171
第四節(jié)　新時代中的合成生物學 178
一、酵母基因組化學再造 178
二、二氧化碳合成淀粉 181
三、DPP4抑制劑西格列汀個性化糖尿病治療的機制 185
四、合成生物學在微生物藥物研究中的應用 189
第五節(jié)　合成生物學的發(fā)展趨勢 196
一、未來合成生物學的主要研究方向 196
二、未來合成生物學重點關注的科學問題 197
三、合成生物學產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 198

第六章　合成生物學的生物安全與倫理問題 205
第一節(jié)　合成生物學的生物安全風險 205
一、合成生物學技術的安全風險來源 205
二、合成生物學技術風險的體現(xiàn) 207
三、合成生物學安全風險的特征 208
四、合成生物學安全風險的應對 211
第二節(jié)　合成生物學的概念性倫理 216
一、生物倫理學 216
二、合成生物學對生命概念的挑戰(zhàn) 217
三、合成生物實體的道德地位 219
第三節(jié)　合成生物學的知識產(chǎn)權問題 220
一、合成生物學的知識產(chǎn)權問題背景 220
二、合成生物技術能否被授予專利權 221
三、合成生物技術專利帶來的爭議 224
四、合成生物學相關專利保護的倫理建議 228
第四節(jié)　合成生物學生物安全與倫理案例 231

參考文獻 234