最新刊期
2025年第6卷第6期
合成生物学创新赛专辑
张先恩，易啸
序
- 摘要：生命科学与信息技术的迅猛发展，不仅推动合成生物学发展成为一门新兴交叉学科，也加速了合成生物技术及生物制造产业的崛起，使之成为推动产业升级与生物经济增长的核心引擎。在这一背景下，合成生物学竞赛作为连接教育、科研与产业转化的关键枢纽，通过融合学科教育、创新创业实践以及初创企业孵化，有效促进了产学研深度融合。本文系统梳理了合成生物学及其竞赛体系的发展脉络，重点探讨了竞赛在人才培养、学科建设、技术创新与产业落地等方面的协同作用；同时，以湖北大学参赛实践作为案例，具体阐释了合成生物学竞赛对产学研融合的推动作用。针对当前面临的成果转化瓶颈、跨学科协作壁垒、合成生物学竞赛赛事优化等挑战，本文进一步从资源整合、评分机制、赛道发展、生物安全教育与伦理以及竞赛同质化这几大方面提出了可持续发展的优化路径，旨在为合成生物学领域的产教融合提供理论参考与实践策略。关键词：合成生物学;合成生物学竞赛;产学研;人才培养;生物经济137|18|0更新时间：2026-01-15
- 摘要：合成生物技术的持续发展促进了益生菌的改造，进而推动了活体生物药（live biotherapeutic products， LBP）在疾病治疗领域的研究。近年来，LBP在多种疾病治疗剂的开发上有所应用。目前，选择合适的底盘细胞并进行工程化改造，以及为特定疾病设计专门的功能基因模块，已成为活体生物药开发的一般流程。尽管临床实验中针对代谢性疾病的LBP治疗结果尚未完全达到预期，但相关疗法正逐步向临床治疗迈进。本文全面综述了活体生物药在代谢性疾病治疗领域的最新进展，详细阐述了苯丙酮尿症、高尿酸血症和肠源性高草酸尿症等疾病的治疗剂开发，并讨论了基于合成生物技术的LBP开发策略。最后，总结了活体生物药当前面临的问题，包括安全性、疗效和个体化差异等，对拓展活体生物药概念、开发个性化活体生物药等提出了展望，以期推动活体生物药从理论探索到临床实践的转化。关键词：活体生物药;代谢类疾病;合成生物学;微生物;益生菌59|16|0更新时间：2026-01-15
- 摘要：免疫治疗近年来在肿瘤、感染性疾病和自身免疫疾病等领域取得了突破性进展，但其临床应用仍面临信号识别特异性不足、免疫反应调控不精准及毒副作用显著等挑战。合成生物学作为一门新兴的工程化学科，通过模块化设计和基因回路编程，为免疫治疗的精准化改造提供了创新解决方案。本文系统综述了合成生物学在免疫治疗中的关键技术、应用案例及未来方向，旨在为免疫治疗的工程化设计提供理论依据和技术参考。在信号输入环节，工程化受体（如Syn-Notch、RASSL）通过逻辑门控设计（如“与”门）增强靶向性，减少脱靶效应；在信号处理环节，人工基因回路（如CHOMP、SPOC）将病理信号转化为治疗性输出，实现选择性杀伤或动态调控；在信号输出环节，反馈系统和振荡回路（如负反馈抑制T细胞过度活化）优化免疫反应强度与时长，提升安全性。此外，合成生物技术已成功应用于CAR-T、CAR-NK等细胞疗法，通过受体改造、回路重编程等手段，显著提高疗效并降低毒性。未来，随着基因编辑、动态调控等技术的进一步发展，合成生物学驱动的免疫治疗将推动精准医学的实现，为复杂疾病的治疗提供更高效、更安全的策略。关键词：免疫治疗;合成生物学;基因回路;癌症免疫治疗;工程化受体;动态调控54|9|0更新时间：2026-01-15
- 摘要：聚羟基脂肪酸酯（PHA）是一类具有生物相容性、生物可降解性以及优良材料学性能的生物合成聚酯，在医药领域展现出巨大的应用潜力。然而，产能低限制了PHA的应用。近年来，合成生物技术的发展为PHA的优化生产提供了新途径。本文综述了PHA作为医用材料的优势，包括单体多样性、可控降解性及优异的生物相容性；探讨了合成生物技术在PHA生产中的应用，如CRISPR/Cas工具、启动子工程、RBS优化、微生物细胞形态工程、染色体整合技术等策略，这些策略可优化合成途径和提高产量，并且推动工业化制备医用级PHA的进展。并进一步阐述了医用级PHA近些年在骨修复、皮肤再生、心血管工程等领域取得的显著应用成果。未来，融合多学科创新有望突破PHA的技术壁垒，使其成为生物医用材料领域的核心选项，推动再生医学的发展。关键词：聚羟基脂肪酸酯（PHA）;合成生物学;生物医用材料;组织工程;生物相容性;可降解性69|6|0更新时间：2026-01-15
- 摘要：随着新一轮能源革命的加速推进，锂离子电池作为核心储能器件正迎来爆发式增长。然而快速增长的产能背后，大量退役电池引发的资源浪费和环境污染问题日益凸显。这些废弃电池中蕴藏着丰富的锂、钴、镍等高价值战略金属资源，若不妥善回收，不仅造成巨大经济损失，还会因重金属泄漏对生态环境构成严重威胁。传统的火法冶金和湿法冶金回收工艺都存在能耗高、污染重等问题，难以满足绿色发展需求。生物法回收技术凭借其低碳排放、低运营成本和环境友好的显著优势，已成为当前研究热点。本文系统阐述了生物浸出、生物吸附、生物富集和生物矿化等生物法回收技术的核心机制，详细分析了微生物代谢产酸浸出、功能菌株筛选吸附、基因工程改造以及矿化产物应用等关键环节的技术突破。生物法回收不仅可缓解关键金属资源短缺，还将推动绿色冶金领域的革新，为循环经济提供新的技术范式，有望在未来逐步实现工业化应用，助力全球锂电产业的可持续发展。关键词：生物浸出;生物吸附;生物富集;生物矿化;电池回收54|3|0更新时间：2026-01-15
- 摘要：酚酸类化合物，作为一类广泛存在于植物中的次生代谢产物，展现出抗氧化、抗炎、抗癌及抑菌等多种生物活性。随着研究者对这类化合物了解的不断加深，其在食品、医药和化妆品等多个领域的应用潜力逐渐显现。传统上，从植物中提取酚酸类化合物是获取此类物质的主要途径；然而，由于受到效率低下与纯度不足等因素制约，加之提取过程耗时较长，这种方法正面临难以满足市场日益增长需求的问题。本文总结了近年来逐步受到重视的基于基因工程与代谢工程技术的新型生产方法——生物合成技术在酚酸类化合物中的应用。该技术不仅能够显著提升酚酸类化合物的产量与品质，还实现了更加环保高效的制备流程。尽管如此，有关酚酸类化合物生物合成的具体机制仍有待进一步阐明，特别是不同合成路径之间调控机制尚不完全清楚。此外，如何提高这些化合物的生物利用度及其稳定性也是当前亟需解决的关键挑战之一。因此，未来的研究工作应当致力于揭示更多关于酚酸类化合物生物合成过程的信息，并探索更为先进的合成策略，以促进其更广泛的应用与发展。关键词：酚酸类化合物;植物提取技术;生物合成;莽草酸途径;苯丙烷途径;代谢工程71|11|0更新时间：2026-01-15
- 摘要：合成生物学赋能边界迅速拓展，赋能产品逐渐进入大众生活，产生了广泛的社会和经济影响。全球纷纷加大政策资源投入布局抢占合成生物学发展先机，以发挥合成生物学赋能生物产业和生物经济的潜力。与此同时，合成生物学研究开发与应用伴生潜在生物风险，可能引发对人类生命健康与生态系统的危害。如何平衡创新与安全，在促进合成生物学发展的同时防范其可能引发的生物风险，是摆在治理主体面前的难题。本文基于对合成生物学生物风险的分析，讨论现行硬法的规制困局，提出软法治理策略。通过对域外（以美国为主）合成生物学生物风险软法治理实践的考察，基于我国现状提出生物风险软法治理的未来进路：一是基于现有上位法及治理准则，制定与二者衔接相适配的软法；二是围绕具体技术的研究开发，构建“科学家自治+政府机构引导”协同机制；三是围绕具体技术的应用，推动“行业自律+政府机构监督”共治模式，从而促进合成生物学的创新与发展，实现对社会公共利益的拓展与维护。关键词：合成生物学;生物风险;软法治理;科学家自治;行业自律33|3|0更新时间：2026-01-15
特约评述
- 摘要：细菌趋化性在肠道菌群定植和癌症诊疗等领域发挥着重要作用，也是定量生物学与合成生物学的研究方向之一。大肠杆菌中吲哚诱导的趋化反应主要由两种效应相反的甲基化趋化受体Tsr与Tar介导，两者的拮抗效应可导致双向趋化反应的发生。本文从数学模型的建立与仿真以及实验调控与观测两方面对该双向趋化反应进行研究。基于信号转导动力学与马尔可夫随机游走模型，分别从个体水平和群体水平构建了大肠杆菌在双受体介导下趋化性的数学模型，并对不同受体比例下大肠杆菌的趋化响应行为进行了模拟和仿真分析。同时，利用CRISPRi技术对Tar受体进行了不同程度的可诱导敲低（分别敲低0%、40%和70%），并借助于Transwell细菌迁移实验和自主设计优化的微流控观测平台，对吲哚介导下不同Tar表达量菌株的趋化性行为进行了观测与分析。通过两种甲基化趋化受体Tsr/Tar相对比例的调节实现了细菌趋化行为的调控，同时结合数学建模初步揭示了相互拮抗的两种趋化性受体比例对细菌个体和群体趋化运动的影响，为扩展趋化行为的定量研究和精确调控手段，以及未来细菌趋化性在肠道菌群人工调节等多领域的应用奠定基础。关键词：趋化性;吲哚;双向趋化行为;基于CRISPR的基因抑制技术（CRISPRi）;微流控;定量生物学39|4|0更新时间：2026-01-15
- 摘要：在合成生物学中，转录因子作为遗传开关，可通过模块化组合策略构建复杂的调控网络。现有工程化的基因元件种类有限，因此建立高效的遗传开关定向进化平台对于基因线路设计和代谢通路优化具有重要价值。本研究整合TADR活细胞定向进化系统和基于半乳糖磷酸激酶GalK及绿色荧光蛋白GFP的双重正负筛选系统，构建了优化遗传开关的实验平台。通过转录因子TetR的进化实验验证了该平台的有效性，并成功将转录因子AcuR从阻遏模式反转为激活模式（AcuR-OFF）。AcuR-OFF蛋白的开关性能与野生型类似。相较于常用的易错PCR技术，TADR构建突变文库成本更为低廉，突变规模多样性更高。双重正负筛选系统极大降低了假阳性率，在目标种群丰度低的极端情况下仍然具有高效筛选能力。该实验平台有望成为遗传开关开发与优化的有力工具。关键词：活细胞定向进化;正负筛选;遗传开关;转录因子;大肠杆菌55|6|0更新时间：2026-01-15
- 摘要：抗冻蛋白（antifreeze protein， AFP）是一类通过非依数性机制降低冰点并有效抑制冰晶生长的生物大分子，广泛分布于极地鱼类、昆虫及耐寒微生物等生物体内以维持其低温适应性，在食品冷冻保存、低温医学及低温生物技术等领域具有广泛应用，开发高活性AFP具有重要研究价值。本研究利用“EKylation”策略对雪腐病核瑚菌（Typhula ishikariensis）来源的AFP（RCSB ID：5B5H）开展分子改造研究。基于两性离子多肽的电荷可调特性与蛋白质稳定化机制，将两性离子多肽（EK）20定点偶联至5B5H的N端结构域，经两性离子改造的重组蛋白5B5H-EK高级结构保持稳定，热滞活性较野生型提升27.8%。分子动力学模拟进一步揭示5B5H-EK的冰晶结合面并未发生改变，且具有更强的抑制冰晶生长能力和冰晶结合能力，促使水分子形成短程有序的“类冰水”结构。该研究为理性设计高效抗冻蛋白及环境适应性抗冻材料提供了新策略。关键词：EK多肽修饰策略（EKylation）;抗冻蛋白;两性离子多肽;热滞活性;分子动力学模拟49|4|0更新时间：2026-01-15
研究论文
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