摘要:合成生物学目前在全球得到迅猛发展。在此专刊中，综述了一些相关技术在合成生物学领域的进展，其中有：链霉菌无痕敲除方法、基因合成技术、DNA组装新方法、最小化基因组的方法及分析、合成生物系统的组合优化。也讨论了应用合成生物学策略优化光合蓝细菌底盘、产溶剂梭菌分子遗传操作技术、蛋白质预算 (Protein budget) 作为合成生物学的成本标尺。最后，用几个例子说明了合成生物学的应用，包括复杂天然产物合成人工生物系统的设计与构建、微生物木糖代谢途径改造制备生物基化学品以及构建酿酒酵母工程菌合成香紫苏醇。

摘要:微生物基因组精简优化是构建合成生物学底盘细胞的重要策略。文中从基因组精简的整体设计出发，归纳了微生物的必需基因及其确定方法，重点介绍了各种微生物基因组精简策略，分析了多种基因组精简菌株的特点，充分展示了基因组精简优化在构建合成生物学底盘细胞中的重要作用。

摘要:合成生物学所面临的一项重要挑战是构建具有全新功能的生物系统。由于生物系统固有的复杂性，仅通过理性设计，通常难以使合成基因线路发挥出最优的功能。组合工程的兴起和发展为获得组合优化性状提供了有利条件，并大大促进了具有全新功能的生物系统的构建。文中主要从单个元件的微调、代谢通路的优化以及基因组范围内靶点的识别和组合修饰三个方面入手，总结和评述了近些年表现突出的合成生物系统的组合优化方法。

摘要:基因合成是生物学中一项最基本的、最常用的技术。对DNA调控元件、基因、途径乃至整个基因组的合成是验证生物学假设和利用生物学为人类服务的有力工具。合成生物学的快速发展对基因合成能力提出了日益迫切的需求。近年来，基于微芯片基因合成技术取得了很多令人振奋的新进展，正在向着高通量、高保真、自动化的方向发展。文中综述了DNA化学合成和基因组装及相关技术的最新研究进展和发展趋势，这些新技术正在推动着合成生物学向着更高的水平发展。

摘要:光合蓝细菌具有一系列良好的特质，包括利用太阳能固定CO2、营养需求低、生长迅速以及遗传背景简单等。近年来，光合蓝细菌作为生产可再生燃料和精细化学制品的“自养型人工细胞工厂”引起了社会的广泛关注，促进了相关研究的升温。目前在应用合成生物学的技术和研究策略来优化光合蓝细菌作为底盘生物等方面已取得了一些令人鼓舞的进展。文中综述了近年来在光合蓝细菌底盘优化的方法、光合效率的提高以及各种耐受性蓝细菌底盘的构建方面的进展，并对光合蓝细菌底盘构建的工业应用价值进行了讨论。

摘要:链霉菌是革兰氏阳性放线菌，能产生大量具有重要价值的天然代谢产物。随着基因测序技术、分子生物学和合成生物学的不断发展，人类对链霉菌家族有了更深的了解，从分子水平对其基因组进行改造的手段也越来越多。通过对链霉菌基因组合理、高效的精简，将提高链霉菌代谢产物的产量和质量，降低底物原料的消耗量。无痕敲除就是开展此项研究工作的重要手段。文章综述了近年来在链霉菌中广泛使用的分子操作方法并重点对链霉菌无痕敲除方法进行了总结。

摘要:2010年，蕈状支原体Mycoplasma mycoides的人工合成，迎来了合成生物学的崭新时代。这种突破性的进展主要得益于酵母自身强大的DNA体内重组能力。近几年来，除了利用体内重组的DNA大片段拼接技术，基于连接或聚合思想的不同尺度的DNA体外组装方法也相继出现，如Biobrick\Bglbrick、SLIC与Gibson等温一步法等，这些方法的应用加快了合成生物学功能元件库、生物合成途径乃至微生物染色体的人工构建。事实上，目前所建立的各种DNA组装方法，均是由DNA分子拼接理念 (包括两分子衔接思想与多片段组装模式) 衍生而来。文中将在介绍DNA组装基本理念的基础上，对体内、体外主要的DNA组装方法进行简要梳理，希望为不同类型的合成生物学功能器件及生物合成途径的构造提供参考与借鉴。

摘要:合成生物学以创建人工生命体系为目的。实践中人们希望人工生命体系具有更强的生产能力、转化能力、环境适应与监测能力，从而获得更优质的生产方式。生命体系的优化涉及到多层次的调控网络，而根本上还是对细胞中蛋白质的含量、定位、活性的控制。在蛋白质表达水平上进行控制是合成生物学元件设计、模块组装以及适配性研究最核心的手段。类似于工厂中的成本计算，合成生物学创建的人工生命体系 (人工细胞工厂) 以蛋白质预算为依据。优化蛋白质预算的研究策略已经成功应用于合成生物学研究实践中。

摘要:产溶剂梭菌是一类重要的工业微生物。通过遗传改造以优化产溶剂梭菌的发酵性能一直是溶剂制造技术研究的重要课题，但长期受限于该类菌并不完善的遗传操作工具，未见明显突破。近年来，随着TargeTron基因中断、大片段基因整合等新技术和新方法的出现，其分子遗传改造已取得较大进展。文中对产溶剂梭菌的分子遗传操作工具研究进展进行了总结，并指出了现有技术在效率及全面性方面的不足。基于此，今后应进一步优化现有的梭菌基因失活技术，如建立基于同源重组的基因删除和替换；同时也应发展新的分子操作技术，如基因组多位点共编辑、多拷贝定点和随机整合等。

摘要:天然产物是人类疾病预防和治疗药物的最重要来源。合成生物学技术的蓬勃发展为天然产物的开发注入了全新的活力。文中重点介绍了如何利用合成生物技术进行复杂天然产物合成人工生物系统的设计与构建，包括与此相关的生物元件理性设计、生物元件挖掘、途径装配与集成，模块的组装与系统的适配等内容。

摘要:当前，全球经济的高速发展与日益减少的石油资源储备进一步加剧了能源供需矛盾。人类对开发利用可再生的纤维素生物质资源寄予厚望。木糖是木质纤维素水解产物中含量仅次于葡萄糖的一种单糖，因此对木糖高效率生物转化的研究成为影响其工业化前景的关键因素之一。针对近几年的研究，文中综述了生物转化木糖方面的进展，包括木糖代谢途径的鉴定和设计、木糖运输途径的改造、生物基化学品制备。为了解决当前全球面临的能源危机与环境问题，运用合成生物学技术发展新一代生物燃料技术，特别是开发能够代谢木糖高产乙醇的微生物工程菌株是实现可持续发展的重要方式。

摘要:最小生命体的合成是合成生物学研究的重要方向。最小化基因组的同时而又不对细胞生长产生影响是代谢工程研究的一个重要目标。文中提出了一种从基因组尺度代谢网络模型出发，通过零通量反应删除及对非必需基因组合删除计算获得基因组最小化代谢网络模型的方法，利用该方法简化了大肠杆菌经典代谢网络模型iAF1260，由起始的1 260个基因简化得到了312个基因，而最优生物质生成速率保持不变。基因组最小化代谢网络模型预测了在细胞正常生长的前提下包含最少基因的代谢途径，为大肠杆菌获得最小基因组的湿实验设计提供了重要参考。

摘要:香紫苏醇是一种来源于植物的双环二萜醇，常用于香味成分且具有重要生物学活性。为实现香紫苏醇的微生物生产，以酿酒酵母为宿主，表达焦磷酸赖百当烯二醇酯合酶和香紫苏醇合酶，构建香紫苏醇的人工生物合成途径。发现过表达前体代谢关键酶、蛋白质融合增强底物通道效应及去除异源蛋白信号肽等，有利于香紫苏醇合成。在摇瓶培养条件下，组合优化得到的工程菌株S6的香紫苏醇产量达到8.96 mg/L。研究结果对其他萜类化合物的异源生物合成具有参考价值。

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