代谢工程

发展前沿
• 采用系统生物学原理和转基因生物技术、 计算机软件辅助设计技术，将细胞内次生 代谢反应链重新设计、人工合成基因与基 因调控网络，从而进入了代谢工程、基因 工程的合成生物学 - 系统生物学基础的遗传 工程时代。
• 最近的发展表明，它在植物、动物代谢工 程及至人体组织细胞的基因治疗及代谢分 析方面有重要应用。该领域的新颖性在于 分子生物技术与数学分析工具的集成，这 有助于阐明基因修饰的代谢通量控制及靶 标的合理选择。通过提供对细胞生物学的 准确严密的描述，代谢工程也可大大促进 功能基因组学研究的深入发展。
研究方向
• 主要是代谢工程的分析方面。 • 1怎样确定定义生理状态的参数？ • 2怎样用这信息解释代谢网络控制的结构体系，进 而提出达到某个目标的合乎道理的修饰位点？ • 3怎样进一步评估这些遗传修饰和酶的修饰的真实 的生化效果，以便进行下一轮的途径修饰，直到 达到目的？ • 4能不能提出一个可用来确定代谢修饰的最有希望 的靶位的合理的步骤？
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操作方法
• 操作的主要方法是：用化学诱变剂处理微 生物，并用创造性的筛选技术来检出已获 得优良性状的突变菌株。 • 尽管这种方法已被广泛地接受并已取得好 的效果，但对突变株的遗传和代谢性状的 鉴定是很不够的，更何况诱变是随机的， 科学不足技巧补 。
优势
• 尽管在所有的菌种改良方案中都有某种定 向的含义，但与随机诱变育种相比较，在 代谢工程中工作计划的定向性更加集中更 加有针对性。这定向性在酶的目标的选择， 实验的设计，数据的分析上起着支配的作 用。
目标
• 代谢工程的主要目标是识别特定的遗传操 作和环境条件的控制，以增强生物技术过 程的产率及生产能力，或对细胞性质进行 总体改性。
应用
• 尽管代谢和细胞生理学可以为某组反应途径的 分析提供主要的背景知识，应该指出流量及其控 制的测定结果具有更广阔的应用范围。因而，代 谢工程的概念除了可用来分析流经某组代谢途径 的物质流和能量流，同样可以应用于在信号传感 途径的信息流量的分析。对于信息流量尚未很好 地定义，一旦信号途径的概念得到具体化，以上 观念和方法将会在信号传感途径的相互作用的研 究，以及胞外刺激控制基因表达的复杂机制的解 释方面发挥作用。
结论
• 随着DNA的合成和测序进展率达到或超过大多数 预测的进步，合成生物学将进入一个新的境界， 具有新功能的生物零件，可以设计和整个基因组 可以合成和建立技术操纵。整合和组装成新的细 胞，它可以完成以前不可能完成的任务设计的目 的基因的这些生物零件，需要理性和进化策略的 组合。由于这些合成系统变得越来越复杂，在工 程基因组的组合空间，必须探索，以确定有关的 表型是否过大，无法详尽地搜索。
关键词
• 1 基因工程 • 2 定向进化 • 3 的异同
• 基因工程是指重组DNA技术的产业化设计 与应用，包括上游技术和下游技术两大组 成部分。上游技术指的是基因重组、克隆 和表达的设计与构建（即重组DNA技术）； 而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的 大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。
代谢工程
2010级生工1班 ——万彩凤
代谢工程
• 代谢工程（Metabolic engineering）是生 物工程的一个新的分支。代谢工程把量化 代谢流及其控制的工程分析方法和用以精 确制订遗传修饰方案并付之实施的分子生 物学综合技术结合起来，以上述“分析— —综合”反复交替操作、螺旋式逼近目标 的方式，在较广范围内改善细胞性能，以 满足人类对生物的特定需求的生物工程。
• 代谢工程则是基因工程的延伸。即利用基 因工程技术定向改造细胞的代谢途径，以 改善产物的形成和细胞的性能。 • 而合成生物学的目标，则是试图采用从自 然界分割出来的标准生物学元件（可被修 饰、重组乃至创造)，进行理性（设计）的 重组（乃至从头合成）以获得新的生命 （生物体）。
• 合成生物学与代谢工程在思想上与基因工 程最明显不同之一就是，前两者特别注重 代谢流的量化描述（虽然现在很难做到）， 讲究基因的协调表达和表达量的准确控制
摘要
• 合成生物学的进步在很大程度上归功于 DNA合成的不断改进。合成生物学的代谢 工程领域的扩张转移的重点是我们如何利 用这些生物的部分建设，最终产生有益表 型的基因组。像蛋白质工程，这个问题将 合理的设计和演化方法相结合。这一审查 将突出一些新的DNA合成功能的搜索方法， 并讨论创造合成基因网络和金银等方法的 应用。
定向进化
• 认为不论进化的动力是由于外来原因还 是内在动力，进化是有目的的，进化最终 朝着一定方向进行的学说。
合成生物学
• 合成生物学是生物科学在二十一世纪刚刚出 现的一个分支学科，近年来合成生物物质的研究 进展很快。与传统生物学通过解剖生命体以研究 其内在构造的办法不同，合成生物学的研究方向 完全是相反的，它是从最基本的要素开始一步步 建立零部件。与基因工程把一个物种的基因延续、 改变并转移至另一物种的作法不同，合成生物学 的目的在于建立人工生物系统（artificial biosystem），让它们像电路一样运行。
基因工程
• 基因工程师20世纪70年代在微生物遗传学和分 子生物学发展的基础上形成的学科。 • 所谓基因工程就是在分子水平上，提取（或合 成）不同生物的遗传物质，在体外切割，在和一 定的载体拼接重组，然后把重组的DNA分子引入 细胞或生物体内，使这种外源DNA（基因）在受 体细胞中进行复制与表达，按人们的需要繁殖扩 增基因或生产不同的产物或定向的创造生物的新 性状，并能稳定的遗传给下代。