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2025春遗传机器的组装与设计-合成生物学(任桂杰)
第8次开课
开课时间: 2025年02月16日 ~ 2025年06月30日
学时安排: 3-5小时每周
当前开课已结束 已有 120 人参加
老师已关闭该学期,无法查看
spContent=1993年,冒险科幻电影《侏罗纪公园》(Jurassic Park)获得多项奥斯卡大奖,导演史蒂文在影片中描述了科学家们,利用凝结在琥珀中的史前蚊子体内的恐龙血液,以及其他古生物化石中的DNA分子,培育出恐龙的胚胎,栩栩如生的复原了已经灭绝6500万年的史前巨兽,这就是“电影版本”的合成生物学。
1993年,冒险科幻电影《侏罗纪公园》(Jurassic Park)获得多项奥斯卡大奖,导演史蒂文在影片中描述了科学家们,利用凝结在琥珀中的史前蚊子体内的恐龙血液,以及其他古生物化石中的DNA分子,培育出恐龙的胚胎,栩栩如生的复原了已经灭绝6500万年的史前巨兽,这就是“电影版本”的合成生物学。
—— 课程团队
课程概述

       合成生物学是一门新兴的交叉学科,包含生物学、工程学、数学、计算机、物理和化学等。其所涵盖的科学知识、科学技术都是现代科学发展的前沿。通过这门课程的学习,学生可以广泛涉猎不同学科领域的交叉、融合,拓宽知识面,提高综合素养,还可以培养学生的创新精神、创新意识和创业能力。

       合成生物学是将生物系统的合成和遗传线路的连接工程化,与集成电路的制造方法一样,先设计、再制造、再设计。其最终目的是要通过这种理性设计和再设计的过程,获得人们所需要的生物功能,并通过实验得以实现,从而推动疾病诊断、药物治疗、基因编码及生命起源等方面的研究。其主要内容包括生物基因元件的模块化与标准化原理,基因元件的组装和表征,合成生物学的经典人工基因线路,基因组合成与编辑技术等。

授课目标


知识目标: 1.本课程要求学生掌握生物基因元件的模块化与标准化原理,基因元件的组装和表征,合成生物学的经典人工基因线路,基因组合成与编辑技术。2.熟悉人造生命系统的安全控制与伦理规范,并在实践中严格遵守。3.了解合成生物学在工业、农业、能源和医疗健康领域的应用。4.学习国际基因工程机器大赛(iGEM)的优秀项目,开阔学术视野。


能力目标:培养学生综合运用多学科知识分析和解决问题的能力;培养学生解决问题的创新精神、创新意识和创业能力。


素质目标:培养学生良好的生物安全控制意识和控制能力、具备高尚的职业道德和伦理规范。

成绩 要求


       完成全部课程学习后,成绩合格及优秀的同学可根据实际需要付费申请认证证书,由任课教师签发课程结业证书。

证书级别:合格、优秀两类。

合格证书:总成绩60分及以上

优秀证书:总成绩85分及以上

 

       完成全部的课程学习后由教师给出成绩,具体评价标准包括以下几个方面: 

1. 线上作业(10%):在学习完第一章以后,完成一次线上作业。要求学生在观看教学视频和阅读参考文献的基础上,撰写书面作业。具体要求参见作业内容。

2. 线上测验(20%):前面4章内容,每章内容后面都有一次单元测验。测验题型包括单选题、多选题或判断题,每题2分。测验需要在30分钟内完成,允许尝试3次,取最高分值为有效得分。

3. 线上讨论(10%):学生需要在“课堂交流区”中参加老师发起的讨论,发帖和回帖的数量总共达5条及以上。MOOC平台默认只有这个部分的讨论才能计算成绩。本课程每章都会指定讨论题目,学生可根据兴趣选择参与。

4. 线下见面课的出勤:这部分成绩满分10分(10%),鼓励大家积极参加线下见面课。

5. 线下项目展示(50%):分小组展示自己设计的实验项目。


 

课程大纲
合成生物学介绍
1.1 合成生物学的课程介绍
1.2 合成生物学的概念
1.3 合成生物学的研究内容
1.4 合成生物学的特点
1.5 合成生物学的发展历史
1.6 合成生物学的应用及前景
1.7 合成生物学之伦理与生物安全
标准化的生物合成系统
2.1 合成生物学的工程化本质
2.2 合成生物学的工具箱
2.3 合成生物系统的层次
2.4 合成生物学系统的基本元件
2.5 标准生物元件与元件库
2.6 标准生物元件的组装
2.7 合成生物系统的标准化测量
合成生物系统的逻辑结构
3.1 模块的串联和并联
3.2 单输入和多输入
3.3 前馈
3.4 反馈
3.5 逻辑门
基础遗传线路的设计
4.1 转录水平的基因表达调控开关
4.2 翻译水平的基因表达调控开关
4.3 基因振荡器
4.4 细胞群体感应系统
4.5 脉冲发生器
4.6 细胞群体图案系统
4.7 边界检测器
4.8 工程化的支架蛋白
合成生物学常用实验技术
5.1 生物砖的组装-同尾酶法
5.2 生物砖的组装-重叠延伸PCR法
5.3 重叠延伸PCR克隆
5.4 Gibson组装方法
5.5 标准元件库的构建和表征
5.6 沉默内源性基因的人工小RNA的筛选
生物合成通路的构建与组装
6.1 同源重组法构建工程化的生物合成通路
6.2 多功能基因组装平台ePathBrick
6.3 SLIC与Cre-LoxP结合法组装生物合成通路
6.4 金门克隆法组装DNA
6.5 在大肠杆菌基因组中构建基因回路
优秀iGEM项目介绍
7.1 炎症性肠病新疗法-1
7.2 炎症性肠病新疗法-2
7.3 3D生物打印技术-1
7.4 3D生物打印技术-2
7.5 3D生物打印技术-3
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预备知识

生物化学、分子生物学、工程学、数学、化学等。‍

参考资料

1.《合成生物学导论》,宋凯编著,2010,科学出版社.

2.《Synthetic Biology, A Primer》, Revised Edition, Baldwin, Bayer, et al. 2015,Imperial College Press.

3.《BioBuilder: Synthetic Biology in the Lab 》, Natalie Kuldell, et al. 2015, O'Reilly.

4.《Synthetic Biology, Springer Protocol》, Karen M. Polizzi, Cleo Kontoravdi, 2013, Humana Press.

5.《系统生物学导论:生物回路的设计原理》,Uri Alon著,王翼飞等译. 2009,化学工业出版社.

6.  iGEM网站:https://igem.org/Main_Page

 

常见问题

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山东大学
2 位授课老师
任桂杰

任桂杰

副教授

朱德裕

朱德裕

副教授

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