合成生物学

中草药益生菌发酵微生物组合成生物学

微生物食品的概念由来已久，比如发酵食品。但是随着科学技术的发展，微生物食品的概念更加广泛，尤其是二代微生物食品的出现。发表在Cell杂志的这篇观点文章指出，微生物食品在多个层面上具有促进人和自然可持续健康发展的潜力，为食品行业、可持续发展相关研究提供思考和参考。

微生物食品食品系统可持续发展微生物组发酵食品

工程益生菌

国内团队Cell子刊：新型智能工程菌i-ROBOT或可用于IBD诊疗

基于益生菌的工程菌在疾病诊断和治疗方面很有潜力。华东理工大学叶邦策和周英团队，在Cell Host and Microbe发表最新研究，构建了一种可用于诊断、记录和缓解炎症性肠病（IBD）的智能工程益生菌i-ROBOT。i-ROBOT整合了荧光报告、碱基编辑系统和药物分泌3个核心模块，不仅能实时反映IBD炎症情况并根据炎症水平释放治疗因子，还能将炎症信息记录到其基因组中。总之，i-ROBOT为IBD和其他肠道疾病提供了一个有前景的诊疗平台。

工程益生菌炎症性肠病合成生物学

合成生物学

魏勇军+邹根：合成生物学助推食用菌产业升级

合成生物学旨在根据已知的生物学原理创建或改造生物元件或系统，达到有效生物利用的目的。合成生物学已经广泛应用在农、林、医等多个领域。食用菌栽培是绿色农业的重要组成部分。这是因为食用菌等大型真菌在整个物质循环中除了扮演“分解者”的角色外，还是利用农林废弃物、变废为宝的重要 “生产者”。然而，传统食用菌栽培存在底物利用率低、生长速度慢、能耗高等问题，制约了其广泛推广。近期，郑州大学魏勇军和上海市农业科学院邹根等在Cell子刊Trends in Biotechnology发表了关于合成生物学在食用菌产业升级领域应用的综述性论文，总结了近年来食用菌传统产业及新型应用的现状和问题，并提出利用合成生物学理念和技术助推食用菌产业升级的策略。

合成生物学蘑菇栽培产业升级蘑菇底盘综述

自组装siRNA

南京大学Nature子刊：体内自组装siRNA或可用于联合治疗结肠炎？

溃疡性结肠炎是一个多因素、多步骤的过程，仅阻断单一炎症细胞因子或免疫靶点可能不足以治愈这种疾病。基于小干扰RNA（siRNA）疗法为溃疡性结肠炎的联合治疗提供了一种有吸引力的策略，然而，开发合适的siRNA体内给药系统仍是相关治疗的主要瓶颈。近日，南京大学张辰宇、陈熹、张骑鹏及团队在Nature Communications发表最新研究，利用合成生物学设计理念，向小鼠静脉注射可表达TNF-α siRNA、B7-1 siRNA和整合素α4 siRNA的合成生物学基因环路，将小鼠的肝脏重构成可产生和分泌siRNA的器官，利用机体自身的外泌体分泌和传输途径，实现siRNA在体内稳定的生产和传输。总之，本研究为溃疡性结肠炎建立了一种可行的联合治疗策略，值得关注。

自组装siRNA 溃疡性结肠炎研究论文基础研究 RNA干扰

合成生物学

Cell：合成生物学方法新突破，助力挖掘微生物组代谢物

微生物生成的天然产物是一座仍待挖掘的巨大宝库，这些天然产物的生成依赖于微生物编码的生物合成基因簇（BGC）。然而，目前对BGC的研究仍然存在多方面的技术难题，阻碍了对微生物天然产物的挖掘。Cell最新发表的论文报道了一种新方法，可以设计能在多样化的细菌和真核微生物中实现跨界表达的遗传元件，可用于发现和表征微生物组中的天然产物及其生物合成通路。

合成生物学天然产物生物合成基因簇

EcN

Cell子刊：以EcN为底盘，构建工程治疗菌株（综述）

大肠杆菌Nissle 1917 (EcN)是一种遗传遗传操作简单的益生菌，是设计合成智能治疗工厂的首选底盘。Trends in Pharmacological Sciences发表的文章，总结了理性设计的EcN工程菌在治疗细菌感染、代谢紊乱、炎症性肠病（IBD）和抵抗癌症的进展。同时，还讨论了基于EcN的菌株作为治疗药物的潜在安全问题。推荐阅读！

EcN 工程菌微生物疗法合成生物学微生物工程

合成生物学

Nature Reviews ：利用合成生物学，如何构建治疗诊断细胞？（综述）

合成生物学试图重新设计生物系统，以可预测的方式执行新的功能。Nature Reviews Genetics近期发表的综述文章，系统概述了细菌和哺乳动物细胞诊断和治疗的最新应用进展，并介绍了为更安全和更有效的临床使用而设计的生物系统。首先，讨论了细菌的诊断和治疗，重点是使细胞在体内长时间运作的工程方法。然后，探讨了哺乳动物细胞工程的最新进展，重点是如何设计嵌合受体以创造调节免疫系统的治疗细胞。最后，又对工程细胞诊断和治疗仍然面临的挑战进行了展望。

合成生物学治疗诊断细胞

工程菌

宁康等：用工程菌“一石二鸟”改善乳糖不耐受

乳糖不耐受是常见的消化道问题，以往研究主要集中在加强肠道的β-半乳糖苷酶（β-GAL）的活性以促进乳糖消化，而忽略了肠道菌群发酵乳糖产生乳酸所导致的结肠pH值下降，以及由此引起的肠道β-GAL活性降低。华中科技大学宁康、Yi Zhan和闫云君与团队近期在BMC Biology发表文章，报道了一种用于构建工程菌株的基因回路，能根据肠道内的乳糖和pH信号在“促进乳糖消化”和“消耗乳酸以稳定肠道pH值”两种功能间进行切换，从而有效改善由过量乳糖摄入引起的肠道问题，为干预乳糖不耐受提供了新策略。

工程菌遗传工程乳糖不耐受合成生物学肠道菌群

微生物生态学

Nature子刊：设计产丁酸的合成肠道菌群

合成微生物组对于研究菌群功能和互作的规律有重要价值，也可作为一种潜在的菌群干预手段。Nature Communications近期发表的一项研究，开发了一种模型引导的方法，可预测不同的合成人类肠道群落的产丁酸能力，并揭示了影响群落丁酸产量的多种生态学因素。

微生物生态学合成菌群生态建模合成生物学

群体感应（QS）

国内团队：基于垂直和水平方向群体感应的多细胞交流（综述）

群体感应（Quorum sensing，QS）在微生物系统中起着重要的作用。Trends in Microbiology发表的来自天津大学乔建军和刘春江团队的综述文章，将基于QS的互作分为垂直互作和水平互作。对于垂直互作，综述主要讨论了自然微生物系统中噬菌体、细菌和宿主之间基于QS信号和激素的相互作用。而对于水平互作，文章强调了多组分合成微生物菌群基于QS互作的操作。同时，文章还介绍了操纵“QS通信网络”在天然和合成微生物系统中的最新应用，并进一步提出了未来设计不同QS通信网络的关键挑战。推荐阅读！

群体感应（QS）合成生物学垂直方向水平方向

工程菌群

Nature 子刊：合成基因电路用于感知、响应种群的变化

设计可预测地响应菌群/株组成变化的分布式电路颇具挑战。Nature Communications发表的文章，开发了一个双品系基因电路，它可以感知和响应种群中哪个品系占大多数。在这个系统中，每个菌株都会产生一个信号分子，这个信号分子会向其他菌株发出信号，使其下调自己的正交信号分子的产量。这种共同抑制的联合体将基因表达与菌株的比例而不是种群大小联系起来。同时，利用构建的数学模型，发现决定该菌体平均动态行为的主要机制是：由QS信号、细胞生长、蛋白质的酶降解和诱导物浓度共同抑制。本研究结果提示，简单的基因电路可以用于多细胞合成系统来感知和响应种群的状态。

工程菌群合成生物学

合成生物学

Cell子刊：如何控制转基因微生物的扩散？（综述）

合成生物学是一项以转基因微生物为基础的新技术，目前已开展一系列的应用。《Molecular Cell》发表的综述，总结了目前对微生物系统的控制方法，包括重新编码基因及利用营养缺陷型产生“基因防火墙”，对必需基因和毒性基因的表达与调控等。同时还对开发新的微生物控制系统的实践标准进行了讨论。

合成生物学转基因微生物基因操作分子生物学

群体感应（QS）

利用合成生物学操纵微生物群落群体感应（综述）

群体感应是一种细胞间通信的过程，研究表明群体感应在微生物群落中具有重要作用，但群体感应如何影响这些群落的组成和功能尚不清楚。合成生物学可以提供工具来探测和操纵微生物间的群体感应行为。Trends in Microbiology发表的文章，对利用合成生物学策略操纵微生物菌群落群体感应的相关策略进行了探讨。

群体感应（QS）微生物群落合成生物学

多形拟杆菌

Nature子刊：肠道多形拟杆菌基因回路的自动化设计

多形拟杆菌是一种人体肠道共生细菌，有望作为肠道中的治疗细菌。治疗性细菌需要具备根据肠道内外的情况开启不同的基因表达程序的特性。然而，在多形拟杆菌中缺少相应的可根据肠道环境自行调节基因表达的操作元件。Nature Biotechnology发表的文章，针对此问题进行了研究，报告了如何在多形拟杆菌中进行遗传电路的自动化设计。

多形拟杆菌合成生物学 Applied microbiology Bacterial synthetic biology Bacterial systems biology

合成生物学技术

华东师大发STM封面：受绿茶成分开关调控的细胞疗法，或能治疗糖尿病

人类已经喝了2000多年的绿茶了，其安全性自然不成问题。华东师范大学叶海峰与团队上周在Science Translational Medicine发表的封面研究中，利用在天蓝色链霉菌中发现的一个可以响应绿茶原儿茶酸的调控基因，构建了一个通过“喝茶”调控的基因开关，可用于调节CRISPR-Cas系统中gRNA的表达，搭建植入式生物计算机和控制体内植入的工程细胞中的胰岛素的分泌等。最后一项工作已经被证明可以在小鼠和食蟹猴中稳定存在。

合成生物学技术基因开关合成生物学细胞治疗糖尿病

噬菌体疗法

Cell：工程噬菌体或是战胜耐药菌的良方

细菌可对抗生素产生耐药性，相似的挑战也存在于噬菌体疗法中。Cell近期发表的一项研究，受基因工程抗体的研发思路启发，开发了一种可对噬菌体进行高通量工程改造的方法，能扩大其宿主范围，减少靶标细菌的抗性产生，对研发噬菌体疗法有重要价值。

噬菌体疗法 Bacteriophage phage virus antimicrobial

合成生物学

Science：用生态学方法提高工程菌的基因稳定性

在工程菌中构建合成基因回路是一回事儿，但让这些基因回路在选择压力下仍能维持稳定，就又是另一回事儿了。Science近期发表的一项研究，使用了一种生态学策略，来解决这一问题。该研究构建了3个细菌菌株，三者间存在一种“石头-剪子-布”式的彼此相克的关系，当其中一个在培养期间发生突变时，加入克制它的细菌对其进行清除和替换，可维持合成基因回路的稳定性。

合成生物学工程菌生态学 Jennifer A Buffa Kymberleigh A Romano

智能微生物工程

江南大学：解析智能微生物工程（综述）

随着技术发展，科学家们渐渐能赋予工程微生物越来越多的复杂功能，江南大学刘立明团队近期在Trends in Microbiology发表综述，提出了智能微生物工程（SME）的概念，描述了其基本特征，包括回路结构、成分和设计过程，并回顾了SME的相关进展和成果，探讨了面临的挑战和潜在解决方案，值得专业人士关注。

智能微生物工程 microbial engineering synthetic biology metabolic engineering applications

微生物生态系统

EcoFABs：通过标准化的装配生态系统推进微生物组科学

解析微生物互作的生态学基础是人类得以操控菌群的重要前提。然而，当前大多数情况下，科学家缺乏标准化和可重复的模式微生物群落，这阻碍了微生物生态学一般规律的发现。在本研究中，作者提出装配生态系统的概念，指出了用这类标准化的模式系统进行生态学研究的重要价值。

微生物生态系统观点评论微生物生态学合成生物学微流控技术

工程菌

挖掘细菌中的传感器元件，助力工程菌研发

通过给细菌装入能被特定信号激活的“触发器”开关，搭配记忆回路，能使工程菌成为检测体内特定疾病信号的生物传感器。然而，已知的“触发器”种类有限，大大限制了这种策略的应用。《mSystems》近期发表的一项研究，构建了一个高通量筛选平台，可实现对细菌中已存在的“触发器”元件进行筛选，并成功找到了能感应肠道炎症的“触发器”。该策略可用于发掘细菌中存在的响应其它疾病信号的“触发器”，从而实现用活菌对肠道甚至其它部位疾病的无创诊断。

工程菌 biosensors synthetic biology 生物传感器合成生物学

合成生物学

司同：靶向D-氨基酸生成的大鼠肠道微生物的快速分离、表型鉴定和改造

中科院先进技术研究院司同研究员发表题为《靶向D-氨基酸生成的大鼠肠道微生物的快速分离、表型鉴定和改造》的报告，介绍了自动化的合成生物学高通量筛选平台的搭建。

合成生物学 Kevin B Myant Victoria Gudiño

合成生物学

合成生物学方法研究不可培养细菌的两个实例

Nature Microbiology的一篇观点文章中，提及了两项通过合成生物学方法研究菌群中不可培养细菌的实例。

合成生物学不可培养的微生物基因水平转移 CRISPR基因编辑系统固氮酶

抗性基因

Nature子刊：无需担心肠道菌群耐药基因转移到病原菌中

鉴于肠道菌群中含有丰富的抗生素耐药基因，故一般认为存在抗性基因转移到人致病菌中的风险。Nature Microbiology上的一篇长文通过蛋白质结构预测和抗性蛋白生物活性验证等方法证实，这种担心恐怕是多余的。

抗性基因肠道宏基因组蛋白结构合成生物学病原菌

抗菌素研发

何处寻觅新型抗生素？（综述）

新抗菌物质和抗感疗法的研发迫在眉睫。通过回顾2014-2017年间发现的131种新抗菌分子，本综述总结了寻找抗菌物质的方法，强调了宏基因组数据分析在定位潜在抗菌分子中的重要贡献。同时归纳了合成生物学、噬菌体疗法、窄谱抗菌药物研发等技术在治疗感染、防控抗生素耐药性过程中的潜在价值。本文对开发新型抗菌药物、管控抗生素耐药性具有参考价值。

抗菌素研发 Hidden Antibiotics Habitat Profiling natural product Genome Mining

工程菌

工程菌的合成生物学工具箱（综述）

工程菌作为一种新兴的活菌疗法，与传统治疗手段相比有不少潜在优势，有望用于疾病的诊断和防治，包括癌症和代谢疾病等棘手的慢性疾病，但目前基本还处于研发阶段，相应的遗传“工具箱”也在不断扩充。Trends in Biotechnology近期发表的综述对此进行了详细介绍，值得专业人士关注。

工程菌 designer probiotics drug delivery engineered microorganisms living therapeutics

天然产物

综述：生物合成真菌天然产物的研究进展

真菌天然产物在制药和保健品行业具有重要应用价值。Trends in Biotechnology上的一篇综述总结了当前研究中的进展，值得专业人士参考。

天然产物真菌 biomolecular engineering Biotechnology combinatorial biosynthesis

菌群分析

Nature子刊：合成生物学“纸片法”分析菌群和人体疾病标志物

麻省理工和哈佛大学的合成生物学大牛James Collins团队，继4年前发表基于RNA的检测埃博拉病毒的合成生物学纸片法，又于近期在Nature Communications发表了该方法的升级版，可用于菌群和人体疾病标志物的快速分析和诊断，有潜在临床转化价值。

菌群分析合成生物学生物标志物检测和诊断 Wei-Cheng You

合成生物学

Nature子刊：调节细菌代谢的生物合成新方法

Nature Communications上发表的一项最新研究，通过整合两种不同的调控模块（感应-调节器及RNAi），可在大肠杆菌中实现碳源的自动分配，以调节细菌的生长与代谢产物合成。

合成生物学 Jillian F Banfield Matthew R Olm

微生态疗法

Cell子刊：合成生物学推动活菌生物治疗的研发（综述）

合成生物学手段有助于开发针对人类疾病的工程菌疗法。本文回顾了近年来工程菌在治疗癌症、炎症、肥胖和糖尿病等病症上取得的临床进展，总结这类生物疗法的机遇的同时客观地指出了存在的问题和挑战以及潜在解决方案，对系统性了解工程菌生物治疗的开发和运用具有参考价值，值得专业人士关注。

微生态疗法合成生物学工程菌 Jay K Kolls Patricia Castillo-dela Cruz