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細胞工廠設計原理/合成生物學叢書

  • 作者：編者:李春|責編:王靜//羅靜//劉晶//陳昕//張琳|總主編:張先恩
  • 出版社：科學
  • ISBN：9787030797902
  • 出版日期：2024/11/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：510
人民幣：RMB 328 元      售價：元
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內容大鋼
    本書針對合成生物製造的核心——高性能細胞工廠設計原理與方法所需的知識體系開展內容設置，主要從細胞工廠代謝的物質流、能量流和信息流設計，細胞工廠魯棒性底盤開發，數字化細胞工廠設計，細胞工廠高效構建、進化及篩選，細胞工廠應用及工程倫理等方面系統介紹了細胞工廠設計原理。本書共分為13章，其中，第1章簡述了細胞工廠發展與設計理念；第2章闡述了細胞工廠的熱力學與動力學驅動設計；第3、4章詳述了細胞工廠物聯網路設計與信息調控網路設計；第5、6章介紹了細胞工廠底盤設計與開發，以及智能抗逆設計；第7、8章介紹了生物逆合成與細胞途徑設計，以及細胞工廠設計軟體與資料庫；第9?11章詳述了細胞工廠的快速構建原理、定向進化原理與技術，以及性能快速表徵與篩選原理；第12、13章總結了細胞工廠的典型應用案例及其涉及的生物安全與工程倫理。
    本書可供生物製造及合成生物學領域的研究人員參考，也可以作為生物技術、生物工程、化學工程、製藥工程、合成生物學、食品工程類本科生及研究生教學參考使用。
作者介紹
編者:李春|責編:王靜//羅靜//劉晶//陳昕//張琳|總主編:張先恩
目錄
第1章  細胞工廠發展與設計理念
  1.1  微生物發酵的自然形成階段
    1.1.1  微生物純培養
    1.1.2  微生物培養優化
    1.1.3  微生物發酵工藝
  1.2  優良菌種的選育與進化階段
    1.2.1  微生物自然選育
    1.2.2  微生物誘變育種
    1.2.3  微生物雜交育種
  1.3  動植物細胞離體培養與應用階段
    1.3.1  植物細胞培養與細胞工廠開發
    1.3.2  動物細胞培養與細胞工廠開發
    1.3.3  大規模動植物細胞培養中的共性工程問題
  1.4  基因工程與細胞代謝調控階段
    1.4.1  初期基因工程技術的應用
    1.4.2  基因編輯技術的出現與應用
    1.4.3  正向代謝工程與基因調控
    1.4.4  反向代謝工程與系統生物學
  1.5  合成生物學賦能的細胞工廠設計階段
    1.5.1  新的研究範式——合成生物學
    1.5.2  生物元件標準化與基因線路設計
    1.5.3  途徑智能規劃與數字化細胞工廠
    1.5.4  細胞工廠底盤設計
    1.5.5  基於共培養體系的細胞工廠設計
    1.5.6  細胞工廠的應用
第2章  細胞工廠熱力學與動力學驅動設計
  2.1  細胞工廠熱力學與動力學驅動概念與發展
  2.2  細胞工廠熱力學與動力學驅動設計原理
    2.2.1  細胞工廠中關鍵?的熱力學與動力學驅動設計原理
    2.2.2  細胞工廠中代謝途徑的動力學驅動設計原理
    2.2.3  細胞工廠中輔因子與能量驅動設計原理
  2.3  細胞工廠熱力學與動力學驅動設計技術
    2.3.1  關鍵?的熱力學與動力學驅動設計技術
    2.3.2  代謝途徑的動力學驅動設計技術
    2.3.3  輔因子與能量驅動設計技術
  2.4  細胞工廠熱力學與動力學驅動設計技術常見問題與解決方案
  2.5  細胞工廠熱力學與動力學驅動設計技術的應用
    2.5.1  大腸桿菌細胞工廠合成阿魏酸的熱力學與動力學驅動設計
    2.5.2  釀酒酵母細胞工廠合成阿魏酸的熱力學與動力學驅動設計
  2.6  小結與展望
第3章  細胞工廠物聯網路設計
  3.1  細胞工廠物質流關聯與控制基本理論
    3.1.1  代謝設計：從簡單到複雜
    3.1.2  流量優化：從靜態到動態
    3.1.3  進化工程：從基因到菌株
    3.1.4  機器學習：從設計到優化
  3.2  分子水平物質流關聯與控制
    3.2.1  轉錄水平調控工具
    3.2.2  翻譯水平調控工具
    3.2.3  翻譯后水平調控工具

    3.2.4  其他分子水平調控工具
  3.3  細胞水平物質流關聯與控制
    3.3.1  細胞生長濃度調控
    3.3.2  細胞生長速率調控
    3.3.3  細胞生長形態調控
  3.4  群體水平物質流關聯與控制
    3.4.1  穩定群落調控
    3.4.2  可變群落調控
    3.4.3  群落結構從頭設計
  3.5  小結與展望
第4章  細胞工廠信息調控網路設計
  4.1  細胞工廠信息調控網路系統概述
    4.1.1  智能生物製造的5M策略
    4.1.2  調控細胞工廠的信息流進行過程式控制制
  4.2  細胞對環境信號的響應與調控
    4.2.1  細胞對環境中物理信號的響應與調控
    4.2.2  細胞對環境中化學信號的響應與調控
    4.2.3  群體感應系統
  4.3  生物過程信息數據採集與處理
    4.3.1  組學信息數據採集與分析
    4.3.2  反應器過程數據的採集與處理
  4.4  多尺度微生物過程優化理論
    4.4.1  發酵過程的多尺度參數相關分析研究
    4.4.2  基於多尺度參數相關分析的鳥?發酵優化實踐
  4.5  小結與展望
第5章  細胞工廠底盤設計與開發
  5.1  底盤細胞的概念與種類
  5.2  「自上而下」的底盤細胞設計與開發
    5.2.1  底盤細胞理性改造技術
    5.2.2  底盤細胞非理性改造技術
  5.3  「自下而上」的底盤細胞設計與開發
    5.3.1  底盤細胞的重頭設計原則
    5.3.2  底盤細胞的重頭構建技術
  5.4  常見的底盤細胞設計與構建
    5.4.1  模式微生物底盤細胞的設計與構建
    5.4.2  非模式微生物底盤細胞的設計與構建
    5.4.3  模式動植物底盤細胞的設計與構建
  5.5  小結與展望
第6章  細胞工廠智能抗逆設計
  6.1  微生物抗逆性概述
  6.2  脅迫環境對細胞工廠的影響
    6.2.1  熱脅迫
    6.2.2  酸脅迫
    6.2.3  氧化脅迫
    6.2.4  滲透壓脅迫
    6.2.5  有機溶劑脅迫
    6.2.6  代謝物脅迫
  6.3  細胞工廠抗脅迫機制
    6.3.1  熱激應答系統
    6.3.2  抗氧化系統

    6.3.3  細胞膜防禦系統
    6.3.4  蛋白質質量控制系統
    6.3.5  細胞群體脅迫響應機制
  6.4  提高細胞工廠抗逆適配性方法
    6.4.1  隨機突變和適應性進化
    6.4.2  細胞膜工程
    6.4.3  轉錄因子工程
    6.4.4  細胞區室化工程
    6.4.5  代謝物外排強化
    6.4.6  智能抗逆基因線路設計
    6.4.7  多重防禦抗逆系統的構建
  6.5  小結與展望
第7章  生物逆合成與細胞途徑設計
  7.1  逆合成演算法預測生物合成途徑
    7.1.1  生物逆合成途徑預測流程
    7.1.2  結構相似化合物的搜索
    7.1.3  途徑反應規則
  7.2  途徑篩選指標與綜合評價
    7.2.1  途徑設計的可行性
    7.2.2  途徑設計與底盤宿主的適配性
    7.2.3  途徑設計的綜合評價
  7.3  反應的候選?預測
    7.3.1  ?的介紹
    7.3.2  ?序列註釋的工作流程
    7.3.3  ?序列註釋工具
    7.3.4  ?註釋工具的應用案例
  7.4  生物合成途徑與調控元件的組合設計
    7.4.1  DoE原理
    7.4.2  DoE優化途徑與元件組合空間
  7.5  小結與展望
第8章  細胞工廠設計軟體與資料庫
  8.1  電腦輔助的細胞工廠設計與構建基礎：基因組尺度的代謝網路模型
    8.1.1  基因組尺度代謝網路模型簡介
    8.1.2  模式菌種的基因組尺度代謝網路模型的構建及應用
  8.2  生物信息學資料庫
    8.2.1  ?資料庫
    8.2.2  代謝資料庫
    8.2.3  自然語言處理在資料庫建設中的應用
  8.3  代謝途徑的設計演算法與軟體
    8.3.1  基因組規模代謝網路的設計
    8.3.2  全細胞網路模型的設計演算法與軟體
  8.4  生物元件的設計方法與軟體
    8.4.1  蛋白質設計方法與軟體
    8.4.2  轉錄和翻譯元件的設計方法與軟體
  8.5  小結與展望
第9章  細胞工廠的快速構建原理
  9.1  細胞工廠快速構建的必要性
  9.2  細胞工廠快速構建方法
    9.2.1  元件快速構建
    9.2.2  轉錄單元和代謝途徑組裝

    9.2.3  基因組工程與合成基因組技術
    9.2.4  細胞工廠基因型快速驗證
  9.3  構建細胞工廠的過程自動化
    9.3.1  自動化合成生物技術
    9.3.2  工程化設施平台設計與搭建
    9.3.3  DNA構建自動化
    9.3.4  底盤細胞操作自動化
  9.4  小結與展望
第10章  細胞工廠定向進化原理與技術
  10.1  基因組進化與逆向代謝工程
  10.2  非理性細胞工廠定向進化技術
    10.2.1  基於基因組隨機突變的細胞工廠定向進化技術
    10.2.2  基於基因組混編的細胞工廠定向進化技術
  10.3  半理性細胞工廠定向進化技術
    10.3.1  基於全局轉錄調控因子的細胞工廠定向進化技術
    10.3.2  基於寡核?酸重組的細胞工廠定向進化技術
    10.3.3  基於RNAi的細胞工廠定向進化技術
    10.3.4  基於CRISPR的細胞工廠定向進化技術
  10.4  細胞工廠突變文庫的高通量篩選技術
  10.5  逆向代謝工程：細胞工廠的進化分析與功能重構技術
    10.5.1  多組學分析技術及分子機制闡釋
    10.5.2  多重基因組編輯及重構技術
  10.6  細胞工廠定向進化技術應用
    10.6.1  細胞工廠魯棒性改造
    10.6.2  拓展細胞工廠的底物利用範圍
    10.6.3  提高產物合成水平
  10.7  小結與展望
第11章  細胞工廠性能快速表徵與篩選原理
  11.1  細胞工廠高通量表徵與篩選基本理論
  11.2  基於自動化機械臂的高通量篩選與表徵系統
    11.2.1  基本流程與主要設備
    11.2.2  集成工作站
    11.2.3  應用案例
  11.3  基於微流控技術的高通量篩選與表徵系統
    11.3.1  液滴微流控系統
    11.3.2  單相微流控系統
  11.4  工業表型高通量表徵技術
    11.4.1  代謝物生物感測器
    11.4.2  光譜學技術
    11.4.3  質譜技術
  11.5  小結與展望
第12章  細胞工廠的工程應用
  12.1  細胞工廠在各行業的工程應用
  12.2  細胞工廠在傳統發酵行業的工程應用
    12.2.1  氨基酸
    12.2.2  維生素
    12.2.3  抗生素
  12.3  細胞工廠在能源化工行業的工程應用
    12.3.1  有機醇
    12.3.2  有機酸

    12.3.3  有機胺（以戊二胺為例）
    12.3.4  聚羥基脂肪酸酯（PHA）
  12.4  細胞工廠在醫藥行業的工程應用
    12.4.1  ?類——青蒿素
    12.4.2  生物鹼——阿片類
    12.4.3  黃酮類——淫羊藿素
    12.4.4  芳香族化合物——華法林
    12.4.5  生物製品
  12.5  小結與展望
第13章  細胞工廠設計的生物安全與工程倫理
  13.1  細胞工廠設計中的潛在風險與倫理問題
    13.1.1  細胞工廠設計技術潛在生物安全風險
    13.1.2  細胞工廠設計技術潛在倫理風險
  13.2  生物技術研究現行管理準則與規範
    13.2.1  國際準則與公約
    13.2.2  世界各國相關監管戰略與治理體系
    13.2.3  科學界內部自律性規範
    13.2.4  面向大眾的生物安全教育與培訓
  13.3  中國的生物安全與倫理研究進展
    13.3.1  《科學家生物安全行為準則天津指南》
    13.3.2  《中華人民共和國生物安全法》
    13.3.3  其他監管措施與法律法規
  13.4  細胞工廠的封存與防逃逸技術
    13.4.1  生物封存技術簡介及防逃逸指標
    13.4.2  工程細胞防逃逸技術
  13.5  小結與展望

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