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| 內容簡介： |
《无细胞合成生物学技术》涵盖无细胞合成生物学领域的经典和前沿内容，既包含前沿基础研究，亦包含工业应用实践。全书共分为四章：第一章为经典的无细胞蛋白质合成，第二章为当下广受关注的无细胞mRNA合成，第三章为具有直接应用价值的无细胞传感技术，第四章为基础前沿自下而上人工细胞构筑。
每章都包含了概念发展概述、技术原理、技术规程、常见问题与解决、应用潜力等小节，力图全方位指导从事合成生物学、工程生物学、生物制造等领域的学生、教师、科研工作者、产业技术人员等的学习和科研实践。
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| 目錄：
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第1章 无细胞蛋白质合成 001
1.1 无细胞蛋白质合成概述 002
1.1.1 无细胞蛋白质合成的概念 002
1.1.2 无细胞蛋白质合成的发展 002
1.1.3 无细胞蛋白质合成的分类 003
1.2 无细胞蛋白质合成技术原理 010
1.2.1 转录过程 011
1.2.2 翻译过程 017
1.2.3 翻译后修饰 021
1.3 无细胞蛋白质合成技术规程 024
1.3.1 无细胞蛋白质合成体系的构成 025
1.3.2 菌种选择 026
1.3.3 裂解前处理 027
1.3.4 裂解 029
1.3.5 裂解后处理 031
1.3.6 PURE体系 033
1.4 无细胞蛋白质合成技术常见问题与解决 035
1.4.1 模板的制备和稳定性问题 035
1.4.2 能源供给问题 038
1.4.3 反应系统的稳定性问题 039
1.4.4 储存和运输问题 039
1.4.5 大规模和工业化生产中的问题 042
1.5 无细胞蛋白质合成的应用 042
1.5.1 无细胞表达膜蛋白 042
1.5.2 无细胞表达复合蛋白 045
1.5.3 无细胞表达非天然蛋白质 047
1.5.4 无细胞表达糖基化蛋白质 049
1.5.5 无细胞表达毒性蛋白 050
1.5.6 无细胞表达活性酶蛋白 051
参考文献 052
第2章 无细胞mRNA合成 059
2.1 无细胞mRNA合成的概念和发展 060
2.1.1 mRNA的概念 060
2.1.2 历史发展 060
2.1.3 结构 061
2.1.4 基本功能 062
2.1.5 应用 062
2.2 无细胞mRNA合成技术原理 066
2.2.1 mRNA序列设计 066
2.2.2 mRNA转录调控 069
2.2.3 核苷酸碱基修饰 070
2.2.4 环状mRNA 070
2.2.5 自我复制mRNA 076
2.3 无细胞mRNA合成技术规程 077
2.3.1 线性mRNA合成 077
2.3.2 环状mRNA合成 081
2.4 无细胞mRNA合成技术常见问题与解决 083
2.5 无细胞mRNA的应用 084
2.5.1 传染病mRNA疫苗 085
2.5.2 肿瘤mRNA疫苗 089
2.5.3 mRNA蛋白质替代治疗 090
2.5.4 基因编辑 091
参考文献 092
第3章 无细胞传感技术 095
3.1 无细胞传感技术的概念和发展 096
3.2 无细胞传感技术原理 099
3.2.1 识别-响应机理 099
3.2.2 信号输出 106
3.2.3 光传感和温度传感 107
3.3 无细胞传感技术规程 108
3.3.1 无机离子传感 108
3.3.2 有机小分子传感 113
3.3.3 生物大分子传感 115
3.3.4 光传感/温度传感 116
3.4 无细胞传感技术常见问题和解决 122
3.5 无细胞传感技术的应用 122
3.5.1 环境污染检测 123
3.5.2 医疗健康检测 124
参考文献 126
第4章 自下而上人工细胞构筑 131
4.1 人工细胞的概念和发展 132
4.2 自下而上人工细胞构筑技术原理 132
4.2.1 最小细胞与中心法则 132
4.2.2 区室化与无细胞蛋白质合成 133
4.2.3 能量与代谢 139
4.2.4 复制、生长与分裂 141
4.2.5 信息处理 144
4.3 自下而上人工细胞构筑技术规程 145
4.3.1 天然材料/非天然材料区室化 145
4.3.2 基因线路设计与表达调控 148
4.3.3 拥挤效应与随机效应 150
4.3.4 信号传递与群体感应 154
4.4 自下而上人工细胞构筑技术常见问题与解决 157
4.5 人工细胞的应用 157
4.5.1 生命科学研究 157
4.5.2 体外诊断与检测 158
4.5.3 生物医药递送 160
参考文献 160
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| 內容試閱：
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无细胞合成生物学作为合成生物学领域的重要分支，已在科学技术研究领域和生物制造产业领域显示出重大的应用潜力。无细胞合成生物学是指在开放体系中，对生命过程进行有目标的设计、改造、重新合成，甚至自下而上创建模拟或超越自然功能的“人工细胞”。无细胞合成生物学正在发展成为一种强大有效的手段，其目的是在不使用整个活细胞的情况下，理解、利用和扩展自然生物系统的功能。因其开放性、可控性、高效性、灵活性等诸多优点，在过去10年时间里得到了多样化的大力发展，其应用跨越到了生物制造、生物催化、生物医药、生物传感、人工细胞等重要基础和应用研究领域。
无细胞合成生物学也被称为体外合成生物学、体外转录翻译技术、溶液生物化学等。无细胞合成体系系统化的雏形最初是在20世纪60年代被开发的，其在发现遗传密码方面发挥了重要作用。在过去的20年里，伴随着生物技术、化学技术、物理技术、计算技术等的快速发展，无细胞生物系统经历了飞速的发展，以满足对廉价和快速重组蛋白表达技术、RNA快速稳定合成的日益增长的需求，这导致了众多高活性无细胞生物合成平台的发展。目前无细胞生物合成平台包含了三大体系：多酶催化合成体系、组分明确的转录翻译体系、基于粗提物的转录翻译体系。无细胞系统的多样性及其在不同层次方面的优势，使得其应用领域也越来越广泛。如今无细胞系统已在系统原型设计、RNA工程、蛋白质工程和人工细胞构建等研究中展现出巨大的应用潜力。未来无细胞合成系统的发展需要进一步发挥其灵活性和高通量潜力，应用于功能性天然分子和非天然分子的设计、筛选和合成；并进一步利用其开放性特点，融合先进生物学、材料学、化学、物理学、计算机科学等学科优势，以发挥其在生物技术领域的巨大潜力，继续推动其在生物材料、生物催化、医药健康等领域的发展和广泛应用。
本书聚焦于无细胞合成生物学技术的经典历史和前沿发展。全书具体包含经典的无细胞蛋白质合成、目前广受关注的无细胞mRNA合成、直接面向应用的无细胞传感技术、非常前沿的自下而上人工细胞构筑等内容。本书将使读者较为全面地理解无细胞合成生物学的基本原则、方法论、技术原理、发展历程、应用潜力等。本书适用于所有从事合成生物学领域的科技工作者、产业人员参考，也适合高校和科研院所的教师、学生作为教学参考书。
卢元
2025年3月
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