合成生物学研究所：剑桥大学合成生物学战略研究计划（SRI）

合成生物学研究所：剑桥大学合成生物学战略研究计划（SRI）

网址：https://www.synbio.cam.ac.uk

合成生物学战略研究计划（The Synthetic Biology Strategic Research Initiative，简称SRI）为剑桥大学合成生物学感兴趣的人提供了一个研究中心。

合成生物学是一个新兴领域，它将工程原理应用于生命系统的设计和修改。剑桥大学一直是该领域的重要和早期贡献者。合成生物学战略研究计划于2013年在生物科学，物理科学和技术学院的支持下成立，将整个大学和社区内的相关活动汇集在一起。

SRI的学术领导由指导委员会提供，由SRI协调员提供支持，SRI协调员与研究人员和外部合作伙伴合作实施SRI活动。SRI的主要目标是：

1. 为所有对剑桥大学合成生物学感兴趣的人提供跨学科交流中心，从研究人员和学生到工业合作伙伴和政策制定者。

2. 通过定期活动和每年两次的种子基金竞赛，促进整个大学的跨学科合作。

3. 促进合成生物学领域的资金申请。

4. 在SRI研究主题中启动学术 - 工业合作伙伴关系。

5. 探索开放式创新技术，扩大新型知识产权实践的参与，以及与合成生物学相关工具的商业模式。

6. 在地方和全球层面探索转基因技术的更广泛的社会背景，特别是对可持续性和保护的负责任的创新。

通过定期的一系列活动以及生物学、工程学、计算机和设计交叉项目的资助项目，促进合成生物学领域的跨学科交流。以下是SRI做的一些事情：

Biomaker计划资助2018-2019冬季生物学，工程学和计算机科学交叉领域的计算挑战。

https://www.biomaker.org/

合成生物学领域符合现实世界的仪器。

Biomaker计划为电子，3D打印，传感器技术，低成本DIY仪器和生物学以及政策研讨会和外展活动的交叉领域的跨学科团队项目提供资金。这些项目旨在建立开放技术，促进研究技能和合作的发展。他们利用现有的开放标准和丰富的微控制器资源生态系统，首先为设计师，艺术家和科学家简化编程和物理计算。这些资源为生物学家提供了一个学习编程和硬件技能的简单环境，并开发了真实的实验室工具。此外，Biomaker项目为物理科学家和工程师提供了直接的途径，使他们能够亲身体验生物系统。

Biomaker Challenge是一个为期四个月的计划，旨在挑战跨学科团队，为生物学建立低成本传感器和仪器。从色度计到微流体，我们正在寻找生物实验的节俭和DIY方法！

https://www.synbio.cam.ac.uk/initiatives/biomakers

无论您是想要优化协议并获取一些电子知识的生物学家，想要运用你的技能并获得实用生物学经验的工程师，或者您只是好奇并有兴趣参加，我们都希望收到您的来信。参与者将获得Biomaker工具包和额外传感器，组件，消耗品和3D打印的可自由支配预算 - 整个价值高达1000英镑。整个夏天，我们为挑战参与者举办各种培训和交流活动，但大多数项目开发都是独立完成的。挑战在10月举行的年度开放技术研讨会上结束，团队将他们的项目展示为Biomaker Fayre的一部分。

BBSRC-EPSRC资助的合成生物学研究中心：剑桥大学和约翰英纳斯中心的一项联合倡议，旨在促进植物合成生物学的开放技术和交流。

OpenPlant是剑桥大学John Innes中心和Earlham研究所的联合倡议，由BBSRC和EPSRC资助，是英国合成生物学促进增长计划的一部分。

https://www.openplant.org/

合成生物学为重新编程的生物系统提供了改进和可持续生物生产的前景。尽管该领域的早期努力是针对微生物的，但植物系统的工程设计提供了更大的潜在益处。植物已经以低成本在全球范围内种植，以千兆吨级收获，并且通常用于生产最广泛的生物ost，从纤维、木材、油、糖、精细化学品、药物到食品。

在面对来自新病原体、气候变化、土壤退化、土地使用受限、盐度和干旱的全球威胁时，迫切需要提高我们重新编程作物代谢和植物结构的能力。应该共享用于作物系统“智能”育种的下一代DNA工具 - 促进全球创新和公平获取可持续生物经济。

OpenPlant是：（i）开发植物合成生物学的新工具和方法，（ii）提供公开共享标准化资源的机制，（iii）将这些工具应用于世界领先的性状发展项目，以及（iv）促进跨学科交流，外联和国际发展。该倡议促进了跨学科交流，开放技术和负责任的创新，以改善可持续农业和保护。

OpenPlant Fund为与植物或体外合成生物学相关的创新、开放和跨学科项目提供高达5万英镑的资金。项目运行六个月，可包括生物研究，硬件原型设计，软件，外联和政策工作。

https://www.openplant.org/fund

该基金的目的是促进植物合成生物学和无细胞系统的发展，作为跨学科领域，促进剑桥大学，约翰英纳斯中心和厄勒姆研究所之间的交流，以开发开放技术和负责任的创新在合成生物学的背景下。

通过OpenPlant，OpenPlant Fund，Biomaker Challenge以及互补性工作，开发了大量用于植物合成生物学的工具，技术和方法。在本次电话会议中，我们鼓励申请项目，提供培训或知识交流，以扩大植物合成生物学和无细胞工具的使用范围。

https://www.meetup.com/Cambridge-Synthetic-Biology-Meetup/

这是一个对合成生物学和开放技术感兴趣的人群：基于DNA的生物系统重编程和计算建模以及生物仪器的低成本硬件。它位于剑桥大学，由合成生物学跨学科工作的战略研究计划提供支持。这些会议为探索新的联合项目提供了场所，并有机会获得资金。

体外或无细胞合成生物学是剑桥许多团体越来越感兴趣的话题和合成生物学SRI很高兴地宣布即将开展的活动计划，以促进和支持这一领域的跨学科工作。

https://www.synbio.cam.ac.uk/initiatives/cell-free-synthetic-biology

为什么无细胞合成生物学很重要？

合成生物学领域正在引入低成本，突破性的技术，以应对广泛的实际挑战，包括诊断，环境保护，微生物生物生产，作物改良和人类健康。生物工程可以为世界各地可持续社会的未来福祉和经济发展发挥重要作用。

合成生物学提供了新的工具和方法

标准化的模块化DNA部件和用于重编程生物系统的遗传回路的快速组装。

无细胞表达系统，不需要密封，可以冷冻干燥并在环境温度下储存，以消除对冷藏的需求。

所含宿主中的瞬时基因表达和无转基因的基因组编辑，以避免与转基因生物的部署相关的成本，资源和监管障碍。

公开交换遗传材料的法律框架，储存库和开放技术。

国际上为DNA部件和工具开发标准和协议的努力为技术转让提供了重要推动力，有利于（i）疫苗和生物制剂的快速反应生产，（ii）使用点诊断和现场生物传感器，（ iii）使用非转基因（基因组编辑）工具改进农作物，以及（iv）利用当地生物多样性建立可持续的生物经济。

虽然这些新技术的成本相对较低，但它们在资源匮乏的环境中的应用受到技术培训的不足，新研究材料的获取不足，对昂贵的实验室设施的需求以及缺乏与更好的研究机构的战略伙伴关系的限制。

最新一代的无细胞基因表达系统为DNA编程提供了一个低成本的平台，即（i）高效快速，（ii）可以冻干形式分发，不需要冷链，（iii）不包括需要昂贵的收容措施的转基因生物（GMOs）。无细胞系统有可能在资源匮乏的环境中以及与物理学家和工程师的跨学科计划中实现激进的新课程开发方法。

基于无细胞系统开发新的教育资源和研究工具有几个主要障碍：

提供低成本无细胞提取物。

低成本仪器和实验室设备。

用于定制课程开发的可访问和模块化技术资源。

通过共享知识和交换开源工具和材料，建立当地专业知识和能力。

Professor Sir David Baulcombe

目前的大部分研究都来自我在Norwich实验室发现的一种新型调节RNA-siRNA。目前在实验室的项目集中在siRNA介导的调节机制及其对自然变异的影响。我也对siRNA对遗传效应的影响感兴趣，这种遗传效应不涉及基因组序列的改变。了解这些“表观遗传”效应是任何关于培育和自然的讨论的核心。

在实验室外，我推动植物生物技术用于作物改良。我对解决发展中国家问题的技术以及参与解决甘薯病毒病问题的联盟特别感兴趣。我计划启动其他关于开发抗病种质的战略项目。这些策略包括但不限于转基因技术。

Professor Jeremy Baumberg

我有兴趣构建与光具有不寻常相互作用的纳米材料，尤其是可以大规模制造的纳米材料，这可以导致实际应用。我开发了一系列不同寻常的纳米光子学，包括千米级聚合物蛋白石，我正在探索当我们将光限制在1纳米或更低的体积时，探测单个分子和反应时会发生什么。我还研究了纳米结构半导体如何操纵相干和量子特性，产生可在室温下工作的不寻常的冷凝物。

Professor Paul Dupree

植物细胞产生细胞外基质，即细胞壁，其决定并维持细胞的形状并起到保护屏障的作用。植物细胞壁是高度复杂的结构，主要由多种多糖组成，其结构和丰度各不相同。纤维素是地球上最丰富的多糖，其次是木聚糖，一种植物细胞壁的半纤维素成分。在植物物种中合成的不同多糖的表征可以追溯到19世纪初。

像纤维素合成酶复合物的鉴定或最近对木聚糖合成机械的表征等重大进展推动了该领域的发展。然而，多糖结构与其功能之间关系的许多基本方面，以及负责多糖合成中各种步骤的糖基转移酶的分子功能仍然是未知的。由植物产生的复合多糖，形成地球上最大的生物质，在全球范围内用于无数的商业和工业过程，例如食品和纺织工业，建筑材料和纸制品的生产。最近，植物多糖越来越接近聚光灯，正如它们提供的那样能源生产的可持续资源。我们的研究涉及使用遗传，生物化学和微生物技术结合质谱和基于核磁共振的方法来研究细胞壁多糖的结构，合成和运输途径。

作为植物科学家，我是剑桥大学中心CambPlants的一部分，并专门为剑桥大学生物能源计划做出贡献。我们的目的是了解植物细胞壁的复杂生物化学，包括但不限于多糖生物合成和多糖与其他细胞壁组分的相互作用。通过我们的工作获得的知识可用于改进生物材料的利用过程，用于下游应用，如生物燃料生产。

我们也是天然材料创新中心的一部分，该中心由Leverhulme Trust资助。该中心汇集了科学家，工程师和建筑师，共同开发新的天然材料，代表了传统材料的可持续替代品。我们的目标是了解和改善建筑施工的木材属性。

自2018年8月起，我们成为美国能源部成立的能源前沿研究中心木质纤维素结构与形成中心（CLSF）的一部分。该中心结合了不同研究人员的专业知识，以增加我们对植物细胞壁中生物聚合物的基础知识，以实现生物材料的可持续利用。

此外，自2019年初以来，我们是新成立的消除塑料废物循环经济方法中心的一部分，该中心由英国研究与创新（UKRI）资助。在这个节目中，我们分析，以便找到合适的塑料的替代品来解决的21的主要挑战之一多糖的结构性质日世纪。

Professor Lisa Hall

我的研究重点是了解生物学如何与电子，机械和光学系统接口，以及回答有关新测量方案的基本和应用问题的新方法。这将转导技术（电化学，光学，超声）与合成生物学和纳米材料联系起来，以实现传感器和诊断系统。该研究将理论方法和建模与实验室实验科学联系起来。

Professor Florian Hollfelder

大自然已经发展出最神奇的功能性生物分子，我们想知道它们是如何工作的。酶是一种通用的催化剂，使生命化学在最温和，最环保的条件下顺利有效地运行 - 蛋白质结合剂参与管理许多生物过程。

该小组有兴趣对化学和生物学中负责分子识别过程的原理有一个基本的了解。我们探讨这些原理是否使我们能够描述，操纵并最终制造功能分子。使用不拘一格的技术组合（包括动力学测量，有机合成，生物物理分析和微工程），我们将学到的机械经验扩展到生物技术，化学和医学的潜在应用。特别是我们对微滴的潜力提供定量高通量系统感到兴奋，该系统不仅能够一次识别一个反应，而且 - 通过大规模多路复用 - 让我们一次性研究数百万个样品。

Professor Julian Hibberd

我们有兴趣了解光合作用并制定可能在未来进行改进的策略。我们的主要关注点是有效的C4途径如何从祖先的C3状态进化而来。在几乎所有的C 4植物中，叶子被修饰使得其发育，细胞生物学和生物化学的改变允许光合作用在两种细胞类型之间分配。尽管存在这种复杂性，但是在超过60种不同的被子植物谱系中出现了C4光合作用，并且与C3途径相比，光合效率提高了约50％。

我们的工作提供了许多见解，有助于解释C 4光合作用如何运作和进化。例如，我们证明了C 3植物在茎和叶柄中具有进行基本C 4循环的细胞; 我们分离出第一个控制C 4叶片叶肉或束鞘细胞中多个光合作用基因表达的顺式元件，并表明这些调节因子存在于祖先的C 3叶片中; 我们首先提供了同源转录因子被募集到独立C 4中的程度的初步估计谱系; 我们提供了第一个直接证据，即duons（位于外显子中的转录因子结合位点影响基因表达） - 这些duons也存在于祖先的C 3状态。我们继续研究C3和C4叶片中光合作用基因表达的调控，以更好地了解进化已经消失的分子部分。

目前的项目包括：

我们的工作重点是两个互补系统，在两种情况下都使用C 3叶子为我们理解衍生的C 4系统提供基础。

首先，使用C3模型拟南芥及其最接近的C4相对Gynandropsis gynandra，我们的目的是了解与C3双子叶植物叶相比，C4的特定细胞类型中光合作用基因表达的调节是如何改变的。在这里，我们利用分子生物学，基因组表达和转录因子结合的全基因组分析，以及物种内发现的自然变异。

其次，使用水稻，我们希望更好地了解这种重要的单子叶作物的特定叶细胞如何调节光合作用。特别是，我们感兴趣的是，与水稻的叶肉细胞相比，为什么束鞘细胞不会充满叶绿体。在这里，我们利用分子生物学，基因组表达的基因组范围分析和特定细胞类型的转录因子结合，以及探测和工程化水稻叶片的合成生物学方法。

Professor Christopher Howe

合成生物学是一个新兴领域，采用工程原理构建遗传系统。该方法基于使用充分表征和可重复使用的组件，以及用于生物电路设计的数值模型。

我们已经构建了一系列工具来控制基因表达并在生长的植物中标记特定细胞。我们正在构建包含细胞间通信的新一代遗传回路，并可用于在细胞规模上产生自组织行为。这些可用于重新编程植物发育和形态发生。我们选择了Marchantia polymorpha作为理解和工程植物生长的简单模型系统。这种较低的植物在易于培养，简单的基因组，单倍体遗传学，开放式开发形式以及快速生长和再生方面提供了无与伦比的益处，并且是现代定量分析工具的理想合作伙伴。

Professor Alison Smith

我们的研究解决了植物，藻类和细菌的代谢的几个方面，特别是维生素和辅因子合成，使用范围广的从生物化学技术通过分子生物学到基因组学，加上数学建模的方法。从这些研究中获得的知识被用于探索潜在的代谢工程的高价值产品在植物和藻类，藻类和其他生物的用途，如用于生产生物柴油。藻类和细菌之间的关系提供了对自然生态系统中的藻类群落以及工业栽培所必需的密集培养的见解。

目前的项目包括：

微藻合成生物学

基于我们在莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）中发现的维生素响应基因表达，我们正在开发分子工具以允许有效和合理地操纵转基因表达。

藻细菌共生

我们已经确定了微藻/细菌共培养物，其中藻类提供固定碳以换取维生素，并且正在研究这种共生的生理和分子基础。我们提出了合成生态学的概念，旨在建立强大的藻类共培养，以促进大规模的藻类培养。

将工程与生物结合起来

我们与物理科学家和工程师进行协作  模式生物过程，如光合效率和微生物群落，并确定哪些方面  微藻生物技术 将是可持续的。我们与生物化学领域的同事一起开发了直接从光合生物发电的生物光伏器件。

基因发现

我们使用基因组序列信息来识别编码生物合成酶的潜在基因，例如生物燃料分子的基因。我们验证基因的功能，并研究它们是如何被调节的。

Professor Alex Webb

我们通过研究一种称为生物钟的生物24小时定时装置来研究植物如何测量时间。我们发现生物钟改善植物生长，糖调节生物钟以设定“代谢黎明”，生物钟的核心有钙信号通路，并且生物钟是动态塑料的，以允许与外部同步地球环境和调节细胞的内部环境。我们进行生理，遗传，系统和计算研究，以了解生物钟如何与细胞生物学结合。我们与国家农业植物研究所和比利时根特巴斯夫的同事合作，将我们的基本发现转化为改良小麦品种。

Professor Jim Haseloff

合成生物学是一个新兴领域，采用工程原理构建遗传系统。该方法基于使用充分表征和可重复使用的组件，以及用于生物电路设计的数值模型。

我们已经构建了一系列工具来控制基因表达并在生长的植物中标记特定细胞。我们正在构建包含细胞间通信的新一代遗传回路，并可用于在细胞规模上产生自组织行为。这些可用于重新编程植物发育和形态发生。我们选择了Marchantia polymorpha作为理解和工程植物生长的简单模型系统。这种较低的植物在易于培养，简单的基因组，单倍体遗传学，开放式开发形式以及快速生长和再生方面提供了无与伦比的益处，并且是现代定量分析工具的理想合作伙伴。