Mammalian Synthetic Biology

作者：Jamie Davies

出版：OXFORD UNIVERSITY PRESS

索书号：Q811/M625/2020/Y

ISBN: 978-0-19-884154-8

藏书地点：武大外教中心

合成生物学是一门综合性的学科，致力于合成一些功能元件、模块、系统，从而对生命体进行有目的的设计、改造，使细胞或生物体具有特定的新功能，简单来说，就是给细胞编程。随着基因组学和蛋白质组学的发展，大量生物分子的功能被挖掘出来，包括DNA、RNA调控序列，配体响应蛋白，相互作用蛋白等。这为合成生物学家设计、合成各种基因线路提供良好的素材。近几年，随着基因、细胞治疗理念的深化，科学家们开始将人工合成的基因网络导入哺乳动物细胞内用于各种疾病的治疗。

地球上的每种生物体（人、植物、动物、微生物）都能追根溯源到36亿年前地球尘土中出现的一个极微小的活细胞，它出现后不断地自我复制、变异、组合，最后生成了现在地球上千变万化的生物体。但是，近些年来科学家们已经不再局限于对现在生物体的改良，而想通过“合成生物学”的方法，扮演一次创造新生命的“上帝”：在实验室内创造出完全不同于自然生物体的全新人造生物体。

虽然听起来很玄，但“合成生物学”的思路很简单，它利用计算机工作原理，将细胞作为硬件，基因作为软件，来组装成一个人工的全新生物体。这个生物体软件中的可编程的“生物组件”是从生物公司就可以买到的、两端可连接的、人工合成的DNA片断，生物工程师就像组装一个玩具一样，将“生物组件”直接与细胞中的DNA组装连接，一旦连接后，每个“生物组件”就会像计算机的程序一样，修改、控制细胞的功能。人们可以通过放入和组合不同的DNA片段来“命令”细胞，使它产生不同的功能。

Hobom B.于1980年提出表述基因重组技术，经过短短几十年的发展，合成生物学已经发展为基因片段、DNA分子、基因调控网络与信号传导路径以及细胞的人工设计与合成，类似于现代集成型建筑工程，并逐渐将工程学原理与方法应用于遗传工程与细胞工程等生物技术领域。

人体由数以万亿的细胞所组成，像一台微型计算机一样通过外界环境和内部相互信号做出复杂的行为。人工生物学家通过将基因转化为可编程的电路来控制活细胞的行为。由波士顿大学的Swapnil Bhatia和Wilson Wong领导的有关哺乳动物基因路线设计的研究，近期被发表于Nature Biotechnology杂志。针对更复杂的哺乳动物细胞遗传路线设计，通过这个新型简单平台也能够更快更高效地完成。

工程基因路线设计的灵感，实际上来自于电子电路设计。使用转录因子（诱导DNA转录为RNA的蛋白质）的方法都是类似的，但是过程是复杂的，因为预测一整条DNA链的遗传密码是一项困难的工作。而哺乳动物细胞更是特别棘手的工作，因为它们的环境更为多变，表达高度复杂的行为，致使哺乳动物细胞基因路线设计的时间被极度地浪费在不断权衡之中。

生物遗传信息的传递需要转录和翻译的过程，因此在不同的生物体中存在具有特定生物功能的大分子和基因线路。而合成生物学的目的就在于设计和改造这些功能元件，使生物体具备某种新的特定功能。因此，为了构建具有医学治疗价值的复杂生物系统，合成生物学家通过理性设计和组装各种生物功能元件来达到目的。

目前，大多数基因治疗和自体细胞疗法都利用病毒启动子或组织特异性和内源性的启动子来进行转基因表达，然而病毒性启动子可能会存在基因毒性，在体内也容易引起基因沉默。而组织特异性和生理学的启动子可以在特定细胞系中以相似的表达模式表达适量蛋白，以减少基因毒性和细胞毒性。但是由于内源性的启动子和调控元件在不同细胞系中的表达量和含量会有所差异，会出现表达量不足以致难以达到治疗效果的情况，因此在构建基因线路中不易于设计、改造。相比较而言，合成的最小启动子更加适于应用在ON和OFF基因开关的设计上，这些开关可以响应内源或外源的诱导剂，从而对基因表达进行精确的时空调控。

《哺乳动物合成生物学》一书于2020年由牛津大学出版社出版，作者是Jamie Davies。

《哺乳动物合成生物学》一书中，专家研究人员介绍了用于研究哺乳动物合成生物学的技术和方法，讨论的主题主要包括七个部分，哺乳动物合成生物学介绍，哺乳动物系统的特殊特征，哺乳动物合成生物学技术，作为研究工具的哺乳动物合成生物学，利用哺乳动物细胞制造新的、有用的东西，合成生物学，干细胞和再生医学，合成生物学的伦理学。《哺乳动物合成生物学》一书从各个方面讲解了哺乳动物合成生物学的相关基础知识和其技术应用，旨在为想要进一步应用哺乳动物合成生物学的研究人员提供简明易懂的介绍以及方法技术指导。

《哺乳动物合成生物学》一书作为分子生物学专业研究读物，观点新颖独到，内容饱满详实、语言浅显易懂，除此之外，还包括一些其他的特点：

1、本书分为七章，既讲解了哺乳动物合成生物学的基础知识，还列举了哺乳动物合成生物学技术作为研究工具在合成生物学、干细胞学和再生医学中的应用，是一本应用性很强的书籍，对于想要学习如果运用哺乳动物合成生物学技术的研究人员来说是一本很有意义的指导书籍。

2、本书主要为中上水平的本科生编写，向学生介绍学科前沿的主题，这些主题将用于探索生物问题，或解决社会面临的最紧迫的问题。

3、本书介绍了将合成生物学技术应用于哺乳动物细胞、组织和有机体的挑战和机遇。它涵盖了使工程哺乳动物系统不同于工程细菌、真菌和植物的特殊特点，并提供了当前技术的概述。各种尖端的例子说明了哺乳动物合成生物学的不同目的，包括纯生物医学研究、药物生产、组织工程和再生医学。

总的说来，《哺乳动物合成生物学》一书为运用哺乳动物合成生物学技术作为研究方法的人员提供了清晰的导读路径，作为分子生物学领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。

本书目录：

缩写词

第1章哺乳动物合成生物学介绍

Jamie A. Davies

第2章哺乳动物系统的特殊特征

Jamie A. Davies

第3章哺乳动物合成生物学技术

Lenny Nelson, Alistair Elfick

第4章作为研究工具的哺乳动物合成生物学

Jamie A. Davies

第5章利用哺乳动物细胞制造新的、有用的东西

amie Billington, Anna Mastela, Susan J Rosser

第6章合成生物学，干细胞和再生医学

Steven M. Pollard

第7章合成生物学的伦理学

David Obree

术语表

参考文献

索引

胡萌欣武汉大学生命科学学院博士