環(huán)境合成生物學(xué)

目錄
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 環(huán)境合成生物學(xué)簡(jiǎn)介 2
1.2.1 合成生物學(xué)基本框架 2
1.2.2 環(huán)境合成生物學(xué)前瞻 6
1.3 環(huán)境合成生物學(xué)在污染治理相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用 11
1.3.1 環(huán)境復(fù)合污染物的實(shí)時(shí)高效監(jiān)測(cè) 12
1.3.2 有毒污染物的高效識(shí)別及多靶點(diǎn)毒性效應(yīng)評(píng)價(jià) 14
1.3.3 污染物高效生物修復(fù)及其降解資源化回收 16
1.4 環(huán)境合成生物學(xué)應(yīng)用面臨的瓶頸問(wèn)題 19
1.4.1 針對(duì)復(fù)合污染的高效特異檢測(cè)方法 19
1.4.2 污染物毒性的多靶點(diǎn)同步檢測(cè)與毒性快速評(píng)價(jià) 21
1.4.3 環(huán)境修復(fù)過(guò)程的智能降解 23
1.5 未來(lái)研究展望 24
1.5.1 特異、靈敏的合成生物傳感技術(shù) 24
1.5.2 污染物種類(lèi)及污染源指紋信息庫(kù)的建立 26
1.5.3 毒性效應(yīng)生物標(biāo)志物 27
1.5.4 污染物智能降解及其應(yīng)用 28
1.5.5 合成生物學(xué)模式生物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制 29
參考文獻(xiàn) 31
第2章 生物監(jiān)測(cè) 42
2.1 微生物監(jiān)測(cè) 43
2.1.1 水中有害物質(zhì)的微生物監(jiān)測(cè) 44
2.1.2 土壤污染的微生物監(jiān)測(cè) 46
2.2 細(xì)胞監(jiān)測(cè) 50
2.2.1 常用的細(xì)胞毒性測(cè)試方法 50
2.2.2 細(xì)胞模型用于實(shí)際環(huán)境中污染物的篩選 52
2.3 動(dòng)植物監(jiān)測(cè) 55
2.3.1 動(dòng)物監(jiān)測(cè) 55
2.3.2 植物監(jiān)測(cè) 59
2.4 生物監(jiān)測(cè)方法的局限性及展望 62
2.4.1 傳統(tǒng)生物監(jiān)測(cè)在環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中的局限性 62
2.4.2 合成生物學(xué)在環(huán)境污染生物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 63
參考文獻(xiàn) 65
第3章 污染物的合成生物傳感技術(shù) 73
3.1 環(huán)境污染物及其危害性概述 73
3.1.1 神經(jīng)毒性 73
3.1.2 免疫毒性 74
3.1.3 生殖內(nèi)分泌干擾毒性 74
3.2 合成生物傳感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景 75
3.3 污染物感應(yīng)元件 75
3.3.1 轉(zhuǎn)錄因子 75
3.3.2 受體蛋白 76
3.3.3 核酸適配體 77
3.3.4 核糖開(kāi)關(guān) 77
3.4 信號(hào)報(bào)告元件 78
3.5 合成生物傳感系統(tǒng) 79
3.5.1 全細(xì)胞生物傳感器 79
3.5.2 無(wú)細(xì)胞生物傳感器 84
3.6 總結(jié)與展望 89
3.6.1 全細(xì)胞生物傳感器 89
3.6.2 無(wú)細(xì)胞生物傳感器 91
3.6.3 展望 92
參考文獻(xiàn) 93
第4章 合成生物學(xué)在環(huán)境污染物檢測(cè)中的應(yīng)用 98
4.1 環(huán)境合成生物學(xué)檢測(cè)污染物的原理 98
4.1.1 新技術(shù)與基因回路模塊化設(shè)計(jì) 99
4.1.2 底盤(pán)細(xì)胞的開(kāi)發(fā) 100
4.2 合成生物學(xué)應(yīng)用于環(huán)境污染物的檢測(cè) 101
4.2.1 抗生素類(lèi)污染物的檢測(cè) 101
4.2.2 重金屬類(lèi)污染物的檢測(cè) 104
4.2.3 芳烴類(lèi)污染物的檢測(cè) 107
4.2.4 雙酚類(lèi)污染物的檢測(cè) 109
4.3 環(huán)境合成生物學(xué)檢測(cè)方法展望 112
4.3.1 合成生物學(xué)方法檢測(cè)污染物的發(fā)展趨勢(shì) 112
4.3.2 基于EDA的環(huán)境合成生物學(xué)檢測(cè)方法 112
4.3.3 用于新污染物高通量篩選的生物芯片 115
參考文獻(xiàn) 116
第5章 污染物毒性效應(yīng)基于靶點(diǎn)識(shí)別的體外評(píng)價(jià)技術(shù) 126
5.1 污染物毒性效應(yīng)的分子起始事件和靶點(diǎn) 127
5.1.1 環(huán)境污染危害的系統(tǒng)毒理學(xué)認(rèn)識(shí)與多靶協(xié)同作用 127
5.1.2 污染物毒性效應(yīng)的典型測(cè)試評(píng)價(jià)方法 129
5.1.3 合成生物學(xué)與基于分子起始事件的污染物毒性體外評(píng)價(jià)技術(shù) 131
5.2 基于靶點(diǎn)識(shí)別的環(huán)境污染物體外毒性評(píng)價(jià)方法中的合成生物學(xué) 135
5.2.1 以酵母為底盤(pán)細(xì)胞的報(bào)告基因毒性評(píng)價(jià)方法 135
5.2.2 以動(dòng)物細(xì)胞為底盤(pán)細(xì)胞的報(bào)告基因毒性評(píng)價(jià)方法 141
5.2.3 脫靶效應(yīng)對(duì)基于靶點(diǎn)識(shí)別的污染物體外毒性評(píng)價(jià)方法的影響 149
5.3 污染物多靶點(diǎn)體外毒性評(píng)價(jià)中合成生物學(xué)的作用 151
5.3.1 實(shí)際環(huán)境研究中基于多靶點(diǎn)識(shí)別的污染物成組毒性體外評(píng)價(jià)策略 151
5.3.2 現(xiàn)有多靶點(diǎn)毒性體外評(píng)價(jià)面臨的問(wèn)題與環(huán)境合成生物學(xué) 153
5.3.3 基因組多位點(diǎn)編輯及其潛在環(huán)境毒理應(yīng)用 154
參考文獻(xiàn) 155
第6章 污染物毒性評(píng)價(jià)的環(huán)境合成生物學(xué)模型 165
6.1 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞模型 165
6.1.1 iPSC來(lái)源及發(fā)展 165
6.1.2 重編程因子及iPSC標(biāo)志物 166
6.1.3 iPSC轉(zhuǎn)導(dǎo)方法 167
6.1.4 iPSC影響因素 168
6.1.5 iPSC環(huán)境毒理學(xué)應(yīng)用 169
6.2 器官芯片模型基礎(chǔ) 174
6.2.1 器官芯片來(lái)源及發(fā)展 175
6.2.2 器官芯片原理 176
6.2.3 器官芯片制備方法 177
6.2.4 器官芯片應(yīng)用及面臨的挑戰(zhàn) 180
6.3 嵌合體胚胎及動(dòng)物 185
6.3.1 嵌合體基本概念 185
6.3.2 嵌合體胚胎制備 186
6.3.3 嵌合體動(dòng)物在環(huán)境毒理學(xué)中的應(yīng)用 188
6.4 干細(xì)胞模型相關(guān)倫理問(wèn)題 190
6.4.1 生物安全問(wèn)題 190
6.4.2 倫理問(wèn)題 192
6.5 總結(jié)與展望 193
參考文獻(xiàn) 194
第7章 復(fù)合暴露與健康效應(yīng) 197
7.1 引言 197
7.2 合成生物學(xué)與環(huán)境相關(guān)健康效應(yīng)評(píng)價(jià) 198
7.2.1 典型污染物相關(guān)的健康效應(yīng) 198
7.2.2 合成生物學(xué)在環(huán)境相關(guān)疾病診治中的應(yīng)用 203
7.2.3 合成生物學(xué)在環(huán)境健康效應(yīng)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用前景 210
7.3 合成生物學(xué)在環(huán)境健康效應(yīng)機(jī)制研究中的應(yīng)用 211
7.3.1 典型污染物暴露的健康效應(yīng)機(jī)制與生物傳感通路 211
7.3.2 環(huán)境合成生物學(xué)在分子環(huán)境毒理研究中的應(yīng)用 214
7.4 合成生物學(xué)與污染物復(fù)合暴露的健康效應(yīng)評(píng)價(jià) 220
7.4.1 污染物復(fù)合暴露的毒理效應(yīng)與機(jī)制研究概述 220
7.4.2 基于污染物共同作用靶點(diǎn)的復(fù)合暴露毒理機(jī)制研究 221
7.4.3 基于污染物共同毒性效應(yīng)的復(fù)合暴露健康效應(yīng)研究 224
7.5 總結(jié)與展望 226
參考文獻(xiàn) 226
第8章 合成生物學(xué)在微生物修復(fù)領(lǐng)域的主要研究思路 233
8.1 分子層面--元件創(chuàng)制 233
8.1.1 隨機(jī)突變實(shí)現(xiàn)定向進(jìn)化 233
8.1.2 理性設(shè)計(jì) 237
8.1.3 半理性設(shè)計(jì) 242
8.2 單細(xì)胞層面--線(xiàn)路組裝 243
8.2.1 線(xiàn)路標(biāo)準(zhǔn)化、高效化 243
8.2.2 線(xiàn)路智能化 246
8.3 多細(xì)胞層面--體系重構(gòu) 251
8.3.1 概述 251
8.3.2 "自上而下"的設(shè)計(jì)思路 252
8.3.3 "自下而上"的設(shè)計(jì)思路 253
參考文獻(xiàn) 255
第9章 污染物的微生物修復(fù) 263
9.1 污染物修復(fù)的常用微生物 263
9.1.1 細(xì)菌 264
9.1.2 真菌 270
9.1.3 藻類(lèi) 273
9.2 有機(jī)污染物的高效降解 276
9.2.1 有機(jī)污染物的分類(lèi)、危害及污染修復(fù)方法 276
9.2.2 有機(jī)污染物的微生物修復(fù)機(jī)制和方法研究 277
9.2.3 基于環(huán)境合成生物學(xué)的功能微生物對(duì)有機(jī)污染物的高效降解 278
9.3 有毒金屬的定向轉(zhuǎn)化 279
9.3.1 有毒金屬的分類(lèi)、危害及污染修復(fù)方法 279
9.3.2 有毒金屬的微生物修復(fù)機(jī)制和方法研究 281
9.3.3 基于環(huán)境合成生物學(xué)的功能微生物對(duì)有毒金屬的定向轉(zhuǎn)化 282
9.4 展望 285
9.4.1 污染物生物降解和轉(zhuǎn)化機(jī)制解析 285
9.4.2 微生物修復(fù)相關(guān)環(huán)境合成生物學(xué)底盤(pán)生物的發(fā)展 286
9.4.3 微生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展 286
參考文獻(xiàn) 286
第10章 合成生物學(xué)在廢棄物資源化中的應(yīng)用 302
10.1 廢棄物處置與資源化利用 302
10.2 廢棄物合成生物學(xué)資源化利用的策略--回收與轉(zhuǎn)化 303
10.3 廢棄物的合成生物學(xué)回收 304
10.3.1 金屬的回收 304
10.3.2 油脂的回收 311
10.3.3 磷的回收 314
10.4 利用廢棄物合成高附加值產(chǎn)物 315
10.4.1 利用廢棄物進(jìn)行微生物產(chǎn)電 315
10.4.2 利用廢棄物進(jìn)行微生物產(chǎn)氫/氣 317
10.4.3 其他高附加值化合物 320
10.5 展望 325
參考文獻(xiàn) 326
第11章 污染物生物修復(fù)應(yīng)用示范 335
11.1 石油污染生物修復(fù)應(yīng)用示范 335
11.2 重金屬污染生物修復(fù)應(yīng)用示范 338
11.3 含氯有機(jī)化合物污染生物修復(fù)應(yīng)用示范 340
11.4 農(nóng)藥污染生物修復(fù)應(yīng)用示范 344
11.5 展望 347
參考文獻(xiàn) 348