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出版者:科学

作者:施巧琴 编

出品人:

页数:452

译者:

出版时间:2005-4

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787030150387

丛书系列:

图书标签:

• 酶工程
• 蛋白质工程
• 生物催化
• 酶学
• 生物技术
• 基因工程
• 酶设计
• 酶改造
• 工业酶
• 酶反应

现代生物技术前沿：基因编辑与合成生物学 内容简介 本书深入探讨了当代生命科学领域最具革命性的两大支柱：基因编辑技术与合成生物学。它并非一本关于酶的生产、改造或应用的教科书，而是聚焦于如何像工程师一样设计和构建生命系统，以及如何精确地修改生物体的遗传蓝图，以实现特定的生物学功能或解决实际问题。 第一部分：基因编辑的精准革命 本部分系统梳理了从早期同源重组到当前CRISPR-Cas系统的发展脉络，重点剖析了基因编辑技术从理论构想到实验室应用的完整过程。 第一章：生命蓝图的解析与重塑 本章首先回顾了DNA双螺旋结构的发现及其对分子生物学的奠基作用。随后，详细介绍了第一代和第二代基因编辑工具，如ZFNs（锌指核酸酶）和TALENs（转录激活因子样效应物核酸酶）。这些技术虽然开创了定向核酸酶介导基因敲除和敲入的先河，但其设计复杂性和脱靶效应限制了其广泛应用。 第二章：CRISPR-Cas9系统的机制与突破 本章将核心篇幅集中于CRISPR-Cas9系统。我们将深入探讨其在细菌免疫系统中的自然起源，以及科学家如何将其“驯化”为通用的基因编辑工具。内容涵盖： 1. 核心组分解析： sgRNA（单向导RNA）的设计原则、Cas9核酸酶的切割机制（PAM位点的识别与双链断裂的形成）。 2. 修复通路调控： 重点分析非同源末端连接（NHEJ）导致的基因敲除，以及同源重组修复（HDR）在精确插入或替换基因片段中的应用策略。 3. 递送策略： 讨论将Cas9蛋白和sgRNA导入不同细胞类型（如哺乳动物体细胞、胚胎干细胞、植物细胞）的物理和病毒载体递送方法，包括电穿孔、脂质体包裹、腺相关病毒（AAV）和慢病毒载体。 第三章：超越基础：下一代编辑技术 本章聚焦于CRISPR-Cas9的迭代升级，以解决脱靶效应和编辑效率的难题： 1. 碱基编辑（Base Editing）： 详细阐述了融合了去氨酶的dCas9（失活Cas9）系统如何实现不产生双链断裂的单碱基转换（C>T或A>G），极大地提高了编辑的安全性与效率。 2. 先导编辑（Prime Editing）： 介绍利用逆转录酶与特异性引导RNA结合，实现更复杂的插入、删除或替换操作，无需供体DNA模板，是实现“搜索和替换”功能的关键技术。 3. 表观遗传调控： 探讨通过与转录激活域或抑制域融合的Cas9变体，实现对基因表达的调控，而非直接修改DNA序列。 第二部分：合成生物学的构建范式 本部分将视角从修改现有基因组转向从零开始设计和构建具有特定功能的新型生物系统，即合成生物学。 第四章：合成生物学的基本原理与工程学思维 本章确立了合成生物学的工程学基础。它强调将生物系统视为可编程的机器，应用工程学设计原则（如标准化、模块化和层次化）。 1. 生物学元件的标准化： 介绍iGEM（国际遗传工程机器大赛）社区推动的标准化元件库（如BBa编号系统），包括启动子、核糖体结合位点（RBS）、基因序列和终止子。 2. 构建模块化： 探讨如何像搭积木一样，组合预先设计的基因回路，构建复杂的功能。 3. 反馈与调控网络： 分析如何设计遗传振荡器、逻辑门（AND/OR/NOT门）等基本电子回路在细胞内的实现，实现对代谢流的精确控制。 第五章：代谢通路重构与生物制造 本章侧重于如何利用合成生物学工具重塑微生物细胞的代谢路径，以高效生产高价值化学品、燃料或药物。 1. 宿主选择与优化： 比较在大肠杆菌、酵母（如酿酒酵母、毕赤酵母）和藻类等核心宿主中进行代谢工程的优劣势。 2. 多步通路的集成： 介绍如何将涉及多个基因的复杂生物合成路径，从天然宿主转移到工程菌株中，并优化各步骤的酶活性匹配度，避免中间产物积累。 3. 非天然产物的合成： 案例分析，例如利用工程微生物生产高附加值的药物前体（如青蒿素衍生物）、生物燃料（如丁醇、萜烯类化合物）以及新型生物塑料（如聚羟基脂肪酸酯，PHA）。 第六章：细胞计算机与生物传感 本章探讨合成生物学在信息处理和环境监测中的前沿应用，将细胞视为微型生物计算机。 1. 逻辑与记忆元件： 深入解析如何构建具备“记忆功能”的基因回路，使得细胞在特定环境刺激下能记录状态，并在刺激消失后维持该状态。 2. 细胞间通讯与群体感应： 介绍Quorum Sensing（群体感应）系统的工程化应用，实现细胞群体的协调行为，例如在需要达到一定密度时才集体释放治疗性分子。 3. 活体生物传感器： 描述如何设计“开启-关闭”开关，使工程微生物能够在检测到特定生物标志物（如致病菌、肿瘤代谢物或环境毒素）时，发出荧光报告或生产指示性分子。 结语：伦理挑战与未来展望 本书最后一部分将审视基因编辑和合成生物学带来的深刻伦理、法律和社会影响（ELSI）。同时，展望下一代生物制造的趋势，包括活体细胞疗法的设计、原位基因修复的临床前景，以及如何利用AI驱动的生物设计（Bio-Design Automation）加速元件和系统的发现与优化。本书旨在为生命科学、生物工程及相关领域的从业者和研究人员提供一个全面、前沿且深入的理论框架与实践指南。

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我是在一个偶然的机会接触到这本书的，当时我正在为一个课题寻找可靠的参考资料，结果发现了这本书的摘要，立刻就被它那博大精深的知识体系所吸引。我原本以为这类专业书籍读起来会枯燥乏味，充满了晦涩难懂的术语，但这本书却完全颠覆了我的固有印象。作者的文字功底非常扎实，即便是描述那些极其精密的生化过程，也能写得生动形象，仿佛眼前就能看到那些分子在酶的“作用下”翩翩起舞。书中对历史发展脉络的梳理也做得非常到位，让读者不仅了解了“是什么”，更明白了“为什么会是这样”，这种对知识溯源的探讨，极大地增强了阅读的深度和广度。每次读完一个章节，都会有一种茅塞顿开的感觉，仿佛自己的知识边界又向外拓展了一圈，让人忍不住想立刻应用到实际的思考中去。

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说实话，我拿到这本书时，心里是抱着一丝怀疑的，毕竟市面上关于生命科学的入门读物太多了，真正能深入浅出讲好一个复杂领域的实在不多。但是这本书的表现远远超出了我的预期。它的语言风格非常接地气，没有高高在上的说教感，读起来让人感到非常放松，就像是听一位博学的长辈在娓娓道来。特别是那些涉及到分子结构和功能相互作用的部分，作者的处理方式非常巧妙，既保证了科学的准确性，又照顾到了读者的认知习惯。这本书无疑是一份绝佳的自学资料，即便是周末闲暇时翻阅，也能从中汲取到营养，这种持续的、无压力的学习体验，是很多其他专业书籍难以给予的。它让我重新爱上了这种探索未知的过程。

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这本书的装帧质量和纸张的选择也值得称赞，拿在手里分量十足，一看就知道是经过精心制作的。我特别喜欢作者在每章末尾设置的“思考与展望”部分，这些小节往往能引人深思，促使读者跳出书本本身，去思考更宏观的问题，比如技术伦理、未来发展方向等等。这种引导性的提问方式，成功地将一个技术性的学习过程，提升到了哲学思辨的层面，这对于培养一个全面发展的科学人才来说至关重要。这本书的深度和广度兼备，无论是对希望入门的新手，还是寻求系统梳理和拓展视野的专业人士，都能提供一份宝贵的参考价值。它不仅仅是一本教科书，更像是一部引领未来思考的蓝图。

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这本书的封面设计着实吸引人，色彩的搭配和字体的选择都透露出一种严谨而又充满活力的气息，让我忍不住想翻开看看里面到底讲了些什么。我一直对那些微观世界里的神奇分子很感兴趣，特别是那些能够催化特定反应的“小工人”，它们在生命活动中扮演着不可或缺的角色。这本书的排版布局也很舒服，章节之间的过渡自然流畅，仿佛引导着读者走进一个充满未知的科学殿堂。我尤其欣赏作者在介绍复杂概念时所采用的类比和图示，这些辅助性的工具极大地降低了理解门槛，使得即便是初次接触这个领域的读者也能快速抓住核心要点。光是看目录就能感受到作者在内容组织上的用心良苦，从基础理论的梳理到前沿技术的探讨，脉络清晰，层层递进，让人对即将展开的阅读之旅充满期待。

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对于一个在实验室摸爬滚打多年的老研究者来说，能找到一本真正能沉下心来读完的书实属不易。这本书最让我赞赏的一点是它在理论深度和实际应用之间的完美平衡。它并没有停留在纯粹的理论推导上，而是紧密结合了工业生产、医药研发等多个领域的实际案例，这对于我们这些需要将科研成果转化为实际生产力的人来说，简直是太及时雨了。书中的图表制作精良，数据翔实可靠，每一个实验设计的逻辑都清晰可见，让人能够信服地接受作者的观点。我甚至发现了一些我在自己研究中一直未能解决的细微之处的解释，这真是一次意外的收获。这本书的价值，在于它不仅是知识的载体，更像是一位经验丰富的导师，在关键时刻点拨迷津。

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