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合成生物系統調控與優化技術(精)/合成生物學工程技術叢書

  • 作者：編者:劉立明//高聰|責編:傅四周//趙玉清|總主編:李春
  • 出版社：化學工業
  • ISBN：9787122479808
  • 出版日期：2026/01/01
  • 裝幀：精裝
  • 頁數：346
人民幣：RMB 199 元      售價：元
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內容大鋼
    《合成生物學系統調控與優化技術》基於作者團隊多年研究成果撰寫，系統介紹合成生物系統調控與優化的各個關鍵領域，涵蓋合成生物系統緒論、細胞分裂的光遺傳調控技術、細胞壽命的邏輯門調控技術、微生物群落工程調控細胞命運、靶向蛋白降解調控代謝流分佈、區室化工程實現代謝路徑隔離、能量系統調控代謝路徑效率、細胞膜工程提高細胞pH耐受、細胞進化工程優化細胞產物耐受、中介體工程改善細胞滲透壓耐受。全書深入探討了不同工業微生物的細胞生長、代謝調控和環境耐受性機制，並介紹了不少實際應用案例。
    《合成生物學系統調控與優化技術》可供合成生物學、發酵工程、生化工程等領域的研究生和其他研究人員參考閱讀。
作者介紹
編者:劉立明//高聰|責編:傅四周//趙玉清|總主編:李春
目錄
第1章  合成生物系統緒論
  1.1  合成生物系統的關鍵調控範圍
    1.1.1  合成生物系統調控元件
    1.1.2  生物網路與基因線路系統
    1.1.3  合成體系與底盤細胞
    1.1.4  合成群落系統
  1.2  合成生物系統調控層次
    1.2.1  DNA水平調控與優化
    1.2.2  RNA水平調控與優化
    1.2.3  蛋白質水平調控與優化
    1.2.4  代謝物水平調控與優化
    1.2.5  代謝網路水平調控與優化
    1.2.6  細胞整體水平調控與優化
  1.3  合成生物系統調控面臨的挑戰
    1.3.1  高性能元件的挖掘
    1.3.2  元件標準化與模塊化
    1.3.3  系統輸出雜訊處理
  1.4  參考文獻
第2章  細胞分裂的光遺傳調控技術
  2.1  光遺傳調控元件概述
    2.1.1  LOV結構域
    2.1.2  光敏色素
    2.1.3  隱花色素
    2.1.4  BLUF結構域
  2.2  光遺傳調控的應用場景
    2.2.1  調節細胞信號通路
    2.2.2  建立精準基因編輯
    2.2.3  改變目標蛋白質活性
    2.2.4  調控細胞生理活動
    2.2.5  調節基因轉錄起始
  2.3  光遺傳調控策略及原理
    2.3.1  光控Cre/loxP
    2.3.2  光控CRISPR-Cas9
    2.3.3  光控CRISPRi
    2.3.4  光控Opto-T7RNAP
    2.3.5  光控OptoLAC
  2.4  光遺傳調控線路目前存在的技術問題與解決思路
    2.4.1  光響應元件與宿主的兼容性
    2.4.2  光穿透性和光毒性問題
    2.4.3  系統泄漏表達和響應速度慢問題
  2.5  應用案例：光遺傳調控細胞形態用於化學品的生產
    2.5.1  篩選細胞分裂基因
    2.5.2  構建控制細胞分裂的光遺傳調控工具
    2.5.3  縮短細胞分裂期提高乙偶姻生產強度
    2.5.4  延長細胞分裂期提高聚乳酸羥基丁酸的合成效率
  2.6  參考文獻
第3章  細胞壽命的邏輯門調控技術
  3.1  邏輯計算概述
    3.1.1  邏輯門信號的輸入與輸出
    3.1.2  邏輯門處理與計算

    3.1.3  複雜邏輯門的自動化設計
  3.2  邏輯門的應用場景
    3.2.1  生物探針
    3.2.2  多層信號調控
    3.2.3  生物計算器
    3.2.4  生物信號放大器
  3.3  邏輯門基因線路調控策略及原理
    3.3.1  轉錄水平邏輯門
    3.3.2  翻譯水平邏輯門
    3.3.3  蛋白質水平邏輯門
  3.4  邏輯門發展中目前存在的技術問題與解決思路
    3.4.1  信號傳遞衰減問題
    3.4.2  元件資源競爭問題
    3.4.3  追溯效力問題
  3.5  應用案例：邏輯門基因線路調節細胞壽命促進化學品合成
    3.5.1  篩選控制大腸桿菌時序壽命的靶點
    3.5.2  調控大腸桿菌時序壽命強化丁酸生產
    3.5.3  雙輸入與四輸出邏輯門狀態機器MRSM的構建與驗證
    3.5.4  MRSM調控細胞時序壽命改善丁酸生產
    3.5.5  篩選控制大腸桿菌複製壽命的靶點
    3.5.6  調控大腸桿菌複製壽命生產PLH
    3.5.7  雙輸出邏輯門狀態機器TRSM的構建與驗證
    3.5.8  TRSM調節細胞複製壽命改善PLH生產
  3.6  參考文獻
第4章  微生物群落工程調控細胞命運
  4.1  合成微生物群落概述
    4.1.1  微生物相互作用類型
    4.1.2  影響微生物群落的其他因素
  4.2  合成微生物群落應用場景
    4.2.1  實現混合底物利用
    4.2.2  降低宿主代謝負荷
    4.2.3  建立代謝空間隔離
    4.2.4  模塊優化代謝路徑
    4.2.5  合成微生物燃料電池
  4.3  合成微生物群落調控策略及原理
    4.3.1  菌群穩定性調控
    4.3.2  物種兼容性調控
    4.3.3  菌群比例調控
  4.4  微生物群落工程目前存在的技術問題與解決思路
    4.4.1  精準時空調控菌群組分問題
    4.4.2  非模式微生物群落的設計問題
    4.4.3  微生物群落的能量供給問題
  4.5  應用案例：微生物群落結構控制強化化學品生產
    4.5.1  裂解蛋白的挖掘與測試
    4.5.2  程序化開關的構建與調試
    4.5.3  程序化裂解系統的組裝與測試
    4.5.4  脂肪酸降解菌株和丁酸生產菌株的構建
    4.5.5  程序化裂解系統調控菌群結構改善丁酸生產
  4.6  參考文獻
第5章  靶蛋白降解調控代謝流分佈

  5.1  靶蛋白降解概述
    5.1.1  靜態調控蛋白質丰度
    5.1.2  動態調控蛋白質丰度
  5.2  靶蛋白降解的應用場景
    5.2.1  設計基因迴路
    5.2.2  協調細胞發育
  5.3  靶蛋白降解調控策略及原理
    5.3.1  基於泛素化-蛋白?體的真核靶蛋白降解系統
    5.3.2  基於溶?體降解途徑的真核靶蛋白降解系統
    5.3.3  基於蛋白質N端原則的原核靶蛋白降解系統
  5.4  靶蛋白降解目前存在的技術問題與解決思路
    5.4.1  細胞資源佔用問題
    5.4.2  能量負荷高問題
  5.5  應用案例：蛋白質基因迴路的設計與微生物細胞代謝流調控應用
    5.5.1  發展蛋白質丰度調控基本單元
    5.5.2  設計蛋白質動態調控迴路
    5.5.3  調節莽草酸激?實現莽草酸低成本合成
    5.5.4  設計蛋白質逆變器迴路
    5.5.5  控制葡萄糖攝入緩解碳代謝抑制
    5.5.6  設計蛋白質振蕩器迴路
    5.5.7  優化木糖內酯水解?表達提高木糖酸生產強度
  5.6  參考文獻
第6章  區室化工程實現代謝路徑隔離
  6.1  區室化工程概述
    6.1.1  天然細胞器種類與定位
    6.1.2  人工細胞器種類與定位
  6.2  區室化工程的應用場景
    6.2.1  隔離有毒代謝物
    6.2.2  減少代謝分支耗散
    6.2.3  提供特定的生化環境
    6.2.4  避免反饋調控網路
    6.2.5  防止不穩定蛋白質失活
    6.2.6  濃縮特定代謝底物
  6.3  區室化工程調控策略及原理
    6.3.1  線粒體工程
    6.3.2  溶?體工程
    6.3.3  周質空間工程
    6.3.4  過氧化物?體工程
    6.3.5  液泡工程
    6.3.6  高爾基體工程
    6.3.7  羧?體工程
    6.3.8  液液相分離技術
    6.3.9  人工葉綠體工程
    6.3.10  無膜細胞器工程
  6.4  區室化工程目前存在的技術問題與解決思路
    6.4.1  膜結構滲透性的調節
    6.4.2  細胞器靶向標籤的挖掘
    6.4.3  路徑?的動態區室化實現
    6.4.4  細胞器尺度的理性控制
  6.5  應用案例：酵母液液相分離技術提高化學品合成效率

    6.5.1  酵母細胞人工無膜細胞器的構建
    6.5.2  調節人工無膜細胞器的功能特性
    6.5.3  發展人工無膜細胞器的調控系統
    6.5.4  合成無膜細胞器促進甲醇同化
    6.5.5  減少好氧階段CO2排放提高乙?輔?A合成效率
  6.6  參考文獻
第7章  能量系統調控代謝路徑效率
  7.1  細胞能量系統概述
    7.1.1  細胞能量的作用
    7.1.2  細胞能量的產生
    7.1.3  細胞能量的調控
  7.2  細胞能量調控的應用場景
    7.2.1  強化高能量需求路徑
    7.2.2  抵禦外界環境脅迫
    7.2.3  強化目標途徑反應效率
  7.3  自養微生物胞內能量的調節策略
    7.3.1  提高光合系統中光能利用效率
    7.3.2  加速化能系統中的電子傳遞效率
    7.3.3  強化電合成系統中的電子獲取效率
  7.4  異養微生物胞內能量的調節策略及原理
    7.4.1  優化細胞外微環境
    7.4.2  強化天然能量供給系統
    7.4.3  建立異源能量供給途徑
    7.4.4  弱化能量消耗途徑
    7.4.5  阻斷能量消耗模塊
  7.5  細胞能量系統目前存在的技術問題與解決思路
    7.5.1  強化胞內能量供給
    7.5.2  降低胞內能量耗散
  7.6  應用案例：能量供給強化蘋果酸合成效率
    7.6.1  新型CO2固定途徑HWLS的設計與體外驗證
    7.6.2  HWLS途徑的優化與體內構建
    7.6.3  光碟機動NADH再生系統的構建
    7.6.4  光碟機動CO2固定系統提高L-蘋果酸得率
    7.6.5  光碟機動CO2減排系統的設計
    7.6.6  新型分子開關PN2-NdhR的構建
    7.6.7  光碟機動ATP再生系統的構建
    7.6.8  光碟機動CO2減排系統提高L-蘋果酸得率
  7.7  參考文獻
第8章  細胞膜工程提高細胞pH耐受
  8.1  細胞膜調節蛋白概述
    8.1.1  微生物細胞膜組分
    8.1.2  細胞膜對微生物細胞生命活動的影響
  8.2  細胞膜工程應用場景
    8.2.1  促進化學品積累
    8.2.2  提高細胞耐受性
    8.2.3  細胞間相互作用
    8.2.4  調控細胞行為
  8.3  細胞膜工程調控策略及原理
    8.3.1  改變膜脂組分和膜蛋白強化膜完整性
    8.3.2  調節膜脂肪酸含量和結構改變膜流動性

    8.3.3  調控膜蛋白功能提高膜通透性
    8.3.4  發展外膜缺陷表型提高膜通透性
    8.3.5  工程化細胞壁提高細胞環境耐受性
  8.4  應用案例：調節酵母細胞骨架蛋白促進化學品合成
    8.4.1  癸酸通過降低胞內pH來損傷酵母細胞生長性能
    8.4.2  篩選調節細胞骨架密度的潛在基因
    8.4.3  自主雙向信號調節器ABSC-MCFA
    8.4.4  動態穩定胞內pH提高中鏈脂肪酸生產性能
  8.5  參考文獻
第9章  細胞進化工程優化細胞產物耐受
  9.1  細胞進化工程流程概述
    9.1.1  基因型突變
    9.1.2  細胞表型篩選
    9.1.3  有益突變體富集方法
    9.1.4  進化菌株代謝機制解析
  9.2  細胞進化工程應用場景
    9.2.1  環境耐受性提升
    9.2.2  提高細胞生長速率
    9.2.3  增加底物利用率
    9.2.4  提高產物產量
    9.2.5  微生物代謝途徑激活
  9.3  進化工程常用策略及原理
    9.3.1  直接適應性進化
    9.3.2  基因組全局擾動與多位點快速進化
    9.3.3  連續自動化進化策略及培養平台
  9.4  細胞進化工程目前存在的技術問題與解決思路
    9.4.1  過程耗時問題
    9.4.2  非預期進化表型問題
    9.4.3  遺傳不穩定問題
  9.5  應用案例：枯草芽孢桿菌自適應進化提高3-羥基丁酮產量
    9.5.1  高產3-羥基丁酮芽孢桿菌的傳統突變選育
    9.5.2  自主進化突變系統的設計
    9.5.3  自主進化突變系統（AEMS）的構建
    9.5.4  自主進化突變系統強化菌株對3-羥基丁酮的耐受性
    9.5.5  自主進化突變系統強化菌株的3-羥基丁酮產量
  9.6  參考文獻
第10章  中介體工程改善細胞滲透壓耐受
  10.1  微生物中介體概述
    10.1.1  頭部亞基分類、結構與功能
    10.1.2  中部亞基分類、結構與功能
    10.1.3  尾部模塊及其亞單位的定位
  10.2  中介體工程應用場景
    10.2.1  參與基因轉錄調控
    10.2.2  提高細胞滲透壓脅迫耐受
    10.2.3  提高細胞酸脅迫耐受
    10.2.4  提高細胞氧化脅迫耐受
    10.2.5  調節細胞生長
  10.3  中介體工程常用策略及原理
    10.3.1  中介體表達水平調節
    10.3.2  中介體蛋白質結構調節

  10.4  應用案例：工程Med15調節細胞高滲脅迫耐受能力
    10.4.1  Med15對光滑球擬酵母高滲耐受能力的影響
    10.4.2  高滲脅迫下Med15B對光滑球擬酵母生理參數的影響
    10.4.3  Med15B對光滑球擬酵母在高滲脅迫下細胞膜生理特性的影響
  10.5  參考文獻

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