合成生物学原理与应用

课程编码：180085086001M2022H 英文名称：Synthetic Biology: Principles & Applications 课时：60 学分：3.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：田利金等

"本课程主要讲述合成生物学的基本原理、合成生物学系统的设计与组装、数学建模与人工智能辅助设计、无细胞合成生物学系统、人造细胞工厂以及合成生物学具体应用案例与新生概念等，此外，结合粮食安全与农业生产，讲述植物光合相关代谢途径、植物代谢途径的设计与组装、合成生物学在植物工厂与作物研究中的应用等。本课程是植物学、细胞生物学和生物化学与分子生物学等专业研究生的专业基础课，重点介绍合成生物学的核心理念、设计方法与研究范式，让学生详细学习并掌握多学科交叉技术在合成生物学上的具体运用。
通过学习合成生物学前沿理论与技术，培养学生合成生物学创新设计理念，锻炼学生提出问题并解决问题的能力。同时，通过案例分析与实验室参观，充分展示合成生物学在生物农业工业应用领域的潜力；通过课内小组讨论，鼓励学生思考与人类面临的资源、环境、农业、能源以及碳排放等重大挑战息息相关的科学问题并提出可能的解决方案。本课程将为我国合成生物学的发展培养基础理论扎实的复合型后备人才。"

生物化学，植物遗传学，分子生物学，基因工程原理

第一章 合成生物学发展历史与现状 4学时 田利金
第1节 合成生物学的简介
第2节 合成生物学国内外发展历史及现状
第3节 合成生物学研究内容与意义
第二章 合成生物学基本原理 4学时 田利金
第1节 生物的解耦、抽提与标准化
第2节 生物的层级化结构
第3节 生物的逻辑结构
第4节 合成生物学设计原理
第三章 合成生物学的基因线路 4学时 田利金
第1节 基因线路的起源和类型
第2节 基因线路中的调控元件
第3节 基因线路中的逻辑门
第4节 基因线路中的开关
第四章 合成生物学技术方法 3学时 田利金
第1节 生物的设计
第2节 生物的组装与构建
第3节 人工生物体系的优化
第五章 生物的调控与优化 3学时 田利金
第1节 生物的单点调控与优化
第2节 生物的全局调控与优化
第3节 生物的理性与随机调节机制
第六章 合成生物学中的无细胞生物体系 3学时 田利金
第1节 无细胞生物体系的设计理念与原理
第2节 无细胞生物的工程改造
第3节 无细胞生物的工程应用
第七章 合成生物学中的数学建模与计算机辅助 3学时 田利金
第1节 生物数学建模的基本分析方法
第2节 生物数学建模的分析与评价
第3节 生物的基础数学模型
第4节 合成生物学与大数据
第5节 合成生物学中的计算机技术应用
第八章 植物的物质代谢与能量转换 6学时 杨文强
第1节 植物对光能的吸收与转换
第2节 植物的光合碳同化
第3节 植物的呼吸代谢与能量转换
第九章 植物光合作用与次生代谢的关系 4学时 杨文强
第1节 光合作用产物对次生代谢的影响
第2节 光合作用与次生代谢途径之间的调控关系
第十章 植物代谢途径的设计与组装 5学时 杨文强
第1节 植物的初生代谢生物模块
第2节 植物的次生代谢生物模块
第3节 植物代谢途径模块在植物及微生物中的改造与组装
第十一章 合成生物学的应用 4学时 杨文强
第1节 绿色化工-化学制品与生物能源
第2节 环境治理方面的应用
第3节 疾病防治与生物医药的制造
第4节 作物生物量与品质的提高
第十二章 合成生物学的安全与伦理 4学时 杨文强
第1节 合成生物学研究面临的伦理争议
第2节 伦理研究的意义
第3节 研究安全与伦理的相关政策
第十三章 合成生物学的发展前景 4学时 杨文强
第1节 合成生物学的战略地位和经济效应
第2节 合成生物学的技术优势
第3节 合成生物学的研究重心与热点
第十四章 学生小组讨论与展示
第1节 以合成生物学思路与技术设计提高某种作物的产量 3学时 杨文强
第2节 对合成生物学研究安全与伦理的思考 3学时 田利金
第十五章 实验室参观与实践
第1节 实践 3学时 杨文强

田利金研究员，中国科学院光生物学重点实验室 植物光能转化与调控课题组组长，中国科学院大学教授，长期从事光合作用领域研究，主要利用生物化学、超快光谱学及合成生物学方法研究光合生物光能吸收微观调控机制、微藻高光效利用及研发生物质能源合成新技术与新方法；在Nat Commun、PNAS、JACS、JPCL等国际知名刊物上发表学术论文30余篇，他引1800余次；现任中国光生物物理学术委员会委员，中科院“百人计划”入选者，承担了多项国家级课题研究。