现代系统生物技术与图式遗传学

基因组程序化表达调控与生物体形态结构发生的相互对应是图式遗传学和系统生物技术研究复杂生物系统的核心。基因-蛋白质表达与神经-内分泌信号,构成生物系统发生演变的双向调控过程是生物信息控制系统的结构、功能和演变的基础。细胞信号传导与基因差异表达调控是从基因、细胞到器官的细胞动力学转换系统,是基因、蛋白质、脂类等生物高分子相互作用与细胞再生、分化、迁移、凋亡的程序化调控节律,也就是基因定位图谱-细胞定位图谱的基因组-蛋白质组与生物体的细胞节律-形态的发生转换过程。

系统生物技术在工业(药用)微生物菌种选育与高通量筛选中的应用

系统生物学时代,各种高通量组学技术产生了大量数据。一些旨在挖掘数据和整合信息的计算机建模技术也逐渐用于系统水平定量分析细胞代谢。模型有助于指导实验设计,实验结果反过来检验和优化模型,虚实结合,有利于在系统层面认识复杂的代谢过程。根据这些信息,可以设计、优化工业微生物代谢特征,高表达目标代谢物。本文综述了系统生物技术在工业(药用)微生物育种和高通量筛选中的最新应用进展。

系统生物技术——组学时代的代谢工程

高通量实验技术的广泛应用产生了海量数据,利用生物信息学工具整合这些数据,加深了人们对细菌生理活动规律的认识,系统生物学应运而生。系统生物学的出现使代谢工程从局部通路水平上升到整体水平,代谢工程也因此进入了新的发展阶段——系统生物技术时代。系统生物技术通过整合各个层次组学数据,建立数学模型,或通过比较不同菌株或同一菌株在不同条件下基因组、转录组、蛋白组或代谢组的差异以阐明生命活动规律,在此基础上,对影响表型的靶基因进行改造,得到符合预期的表型。随着新的高通量实验技术的不断运用以及生物信息学的发展,系统生物技术必将取得更大进步。

生物技术药物给药系统的研究进展

以生物技术药物制剂的新技术和新剂型为着眼点,综述3高分子材料在生物技术药物制剂中的研究进展。大量优良的高分子材料被作为生物技术药物的载体,提高了生物技术药物的稳定性和生物利用度,使药物在治疗上更加有效和安全,病人也更易使用。高分子材料的发展带动了生物技术药物制剂的发展。

系统遗传学与生物技术-细胞分子生物系统的分析与合成

生物系统的科学与工程是整合系统论、实验、计算和工程方法的交叉学科研究与应用。系统生物学、系统医学,建立在系统科学和数学模型基础上,采用分子、组学生物技术和计算、生物信息技术,以及基因合成与转基因生物技术等研究生物系统原理和规律。系统遗传学与系统生物技术是研究天然与人工生物系统的基因系统与蛋白质系统构成细胞的软件信息与硬件运行系统的机理与方法。合成生物学、系统生物工程也是建立在系统科学和数学模型基础上,应用于生物系统原理设计虚拟计算机信息软件和仿生人工机器硬件、人造工程生物体和基因信息系统等。

系统生物学与细胞发生系统动力学

系统生物学是系统理论和实验生物技术、计算机数学模型等方法整合的生物系统研究,系统遗传学研究基因组的稳态与进化、功能基因组和生物性状等复杂系统的结构、动态与发生演变等。合成生物学是系统生物学的工程应用,采用工程学方法、基因工程和计算机辅助设计等研究人工生物系统的生物技术。系统与合成生物学的结构理论,序列标志片段显示分析与微流控生物芯片,广泛用于研究细胞代谢、繁殖和应激的自组织进化、生物体形态发生等细胞分子生物系统原理等。

分子系统生物学与细胞发生动力学

系统生物学采用系统理论和实验生物技术、计算机数学模型等方法整合研究动态生物系统网络。生物系统的结构理论和生物系统技术,研究基因组——生物体复杂系统与细胞分子网络系统的动态结构发生与进化,分析基因组的逻辑程序和人工设计原理。细胞信号传导、基因调控网络、代谢反应链和基因反馈调控的自组织化人工设计和基因、基因链、基因组人工合成等系统生物工程开发,可用于复杂疾病机理分析、药物分子筛选和转基因表达系统的生物反应器、纳米生物计算机等。

阿维拉霉素生物合成与代谢调控研究进展

阿维拉霉素是发酵法来源的新型兽用的消化促进剂和代谢调节剂,具有较高的生物安全性,通过改善动物肠道内细菌群的生态结构促进动物生长。对阿维拉霉素的生物合成和代谢调控进行了综述,同时结合系统生物技术观点,为阿维拉霉素菌种基因工程改造提供参考。

微生物菌种改良的新方法新策略

自然分离得到的原始菌种远不能达到工业生产要求,通过菌种改良获得高产菌种是有效的手段。传统方法虽然无需了解过多遗传背景就能取得成效,但往往耗时费力。随着DNA重组技术、原生质体融合、组学研究的应用日益广泛,微生物菌种改良的新方法和新策略诸如代谢工程、基因组改组和系统生物技术、核糖体工程、表观遗传修饰等逐步发展起来。以下综述了近年来菌种改良相关领域方法和策略特别是首次报道的表观遗传修饰的最新进展。

代谢工程发展20年

代谢工程从上世纪90年代初期发展至今已有20年历史,对微生物发酵工业的发展起到了极大的推动作用。以下回顾了代谢工程发展至今的三个重要阶段,讨论了各阶段中代谢工程在技术方面的进展及其对微生物发酵工业的促进作用。最后还讨论了代谢工程将来发展中的关键问题及解决策略。