合成生物學導論（簡體書）

本書共分5章。第1章介紹合成生物學的基本概念和內容，使讀者對合成生物學有一個全面的了解。第2章和第3章介紹合成生物學設計和分析的基本方法、合成生物學的層次化結構和概念及合成生物學中的常用算法。第4章和第5章介紹合成生物學在基礎和實際應用方面的研究內容、成果和進展，包括經典的雙穩態開關、大腸桿菌成像系統、微生物計算機、合成青蒿酸的微生物工廠等。
合成生物學是21世紀的新興交叉科學，強調“設計”和“重設計”，其目的是通過人工設計和構建自然界中不存在的生物系統來解決能源、材料、健康和環保等問題。合成生物學的發展要以生物學、化學、物理學、數學、信息科學、工程科學、計算機科學等相關學科的發展為基礎。
本書可作為具有一定生物學基礎的本科生和研究生教材，也可作為相關領域的學者和研究人員的參考書。

合成生物學是21世紀初剛剛興起的一門交叉學科，其工程化的理念、標準化的生物工具和大膽新穎的設計思路，一經興起便引起了世界範圍的廣泛關注。諸如J.D.Keasling課題組合成青蒿酸的微生物工廠、C.A.Voigt課題組的大腸桿菌成像系統等合成生物學研究和應用方面的重大突破更是增加了世人的信心。合成生物學的發展受到多個國家政府和研究團體的高度重視，美、歐等國均投人大量資本支持合成生物學的研究與工業化。 2009年，由中國科學院300多位專家經過一年多研究發布的《創新2050：科學技術與中國的未來》戰略研究系列報告指出：“合成生物學是可能出現革命性突破的4個基本科學問題之一”。由此可見，合成生物學的發展必將會在不久的將來給國民經濟帶來巨大推動。高等學校的教育必須引領科學的發展，編寫一本好的合成生物學專業教材，對學生進行系統培養，無論是對於學科的發展還是對於科研的發展都至關重要。
為推動合成生物學的迅速發展，2003年，美國麻省理工學院發起了一項以本科生為主要參賽對象的國際遺傳機器大賽（International Genetically Engineered Machine Competition，簡稱iGEM）。兩年後，也就是2005年，這個最開始僅僅是麻省理工學院校內規模的比賽，迅速升級為世界範圍的國際比賽。越來越多世人諳熟的著名大學——哈佛大學、劍橋大學、加州大學伯克利分校和普林斯頓大學等無不對此表現出極大的熱情。 2006年有32個參賽隊；2007年參賽隊迅速增加至54個；2008年參賽隊增至84個；2009年參賽隊更是多達111個，包括來自歐洲、亞洲、南美洲、北美洲數十個國家數千名參賽隊員，參賽項目覆蓋環境、能源、健康等方方面面。
在合成生物學方興之時，天津大學化工學院抓住機遇，與合成生物學創始人及其他著名學者多次探討合成生物學的發展態勢。 2006年，天津大學對合成生物學有興趣的老師和同學經常在一起研討，自然形成了一個合成生物學興趣小組，開始籌備1GEM2007競賽的參賽事宜，著手進行師生培訓。小組成員包括張春霆、元英進、趙學明、宋凱、王慶昭、程景勝、馬平生、黃鶴、班睿等指導老師和來自不同專業、不同年級的學生。 2007年4月和6月天津大學化工學院承辦了iGEM在亞洲區的兩次研討會，特別邀請了合成生物學專家、iGEM大賽創始人D.Endy、T.Knight、R.Rettberg、C.D.Smolke，以及Davison學院的K.A.Haynes作報告。包括澳大利亞墨爾本大學、日本千葉大學、北京大學、清華大學、中國科學技術大學在內的多所大學的教師和學生在這兩次研討會上共同學習和分享，成功促進了iGEM和合成生物學在亞澳地區的普及和推廣。同年，天津大學作為中國內地首批參賽的四所高校之一，取得了金牌的優異成績，並在2008年的iGEM競賽中再獲佳績。

序一
序二
前言
專有名詞英漢對照表
第一章 緒論
　第一部分 合成生物學概述
1.1 合成生物學的誕生
1.2 合成生物學的定義
1.3 合成生物學的研究內容
1.3.1 生物大分子的合成與模塊化
1.3.2 生物基因組的合成、簡化與重構
1.3.3 合成代謝網絡
1.3.4 遺傳／基因線路的設計與構建
1.3.5 細胞群體系統及多細胞系統研究
1.3.6 數學模擬和功能預測
1.4 合成生物學的意義
1.4.1 加速合成生物系統工程化的進程
1.4.2 驗證和深化對于生物現象的理解，
1.5 合成生物學的工程本質
1.6 合成生物學與相關生物學科
1.6.1 與遺傳工程的關係
1.6.2 與分子生物學和細胞生物學的關係
1.6.3 與系統生物學和功能基因組學的關係
1.6.4 與生物信息學的關係
1.7 合成生物學國際會議及國際遺傳機器大賽
1.7.1 合成生物學國際會議(SyntheticBiologyx)
1.7.2 國際遺傳機器大賽
　第二部分 合成生物學引發的思考
1.8 人類千造物主
1.8.1 道德規範
1.8.2 對環境無控制地排放
1.8.3 生物武器的濫用
1.8.4 對生物的專利與壟斷
1.8.5 創造人工生命?
1.8.6 究竟該如何應對?
第2章 合成生物系統的設計
　第一部分 合成生物系統的模塊化與層次化結構
2.1 合成生物學的模塊化設計
2.1.1 模塊設計的三個特徵因素
2.1.2 細胞本底環境對模塊化設計的影響
2.1.3 無細胞合成生物系統
2.2 標準化生物模塊——生物積塊
2.2.1 BioBrick命名規則
2.2.2 BioBrick的連接
2.3 標準定量機制
2.3.1 PoPS
2.3.2 RIPS
2.4 生物系統的層次化結構
2.4.1 生物部件“Pan”
2.4.2 生物裝置“Device”
2.4.3 生物系統“System”
2.4.4 細胞群體系統及多細胞系統
　第二部分 合成生物系統的邏輯拓撲結構
2.5 串聯
2.6 單輸入
2.7 多輸入
2.8 反饋
2.9 前饋
第3章 合成生物系統的數學模擬與性能分析
　第一部分 生物系統的數學模擬
3.1 常微分方程
3.1.1 質量作用定律
3.1.2 米氏方程
3.1.3 希爾方程
3.2 Logistic模型
3.2.1 單種群細胞自由生長的Logistic模型
3.2.2 兩種細胞自由生長的Logistic模型
3.3 主方程
3.4 隨機微分方程
3.5 模式識別
3.5.1 聚類分析
3.5.2 分類分析
3.6 小結
　第二部分 合成生物系統性能分析
3.7 常用性能指標
3.7.1 穩定性
3.7.2 魯棒性
3.7.3 響應快速性
3.8 穩定性分析
3.9 魯棒性分析／敏感性分析
3.10 提高系統穩定性和魯棒性的機制
3.10.1 冗余
3.10.2 反饋控制
3.10.3 特異性和保真度
第4章 合成生物學的基礎研究
第5章 合成生物學的應用研究
參考文獻
主要網站
附錄A 名詞解釋
附錄B iGEM參賽項目選介
名詞索引
人名索引