杨焕明院士：这是一本由我国年轻一代科学家编撰的好书！

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《基因组合成生物学》（沈玥，付宪主编. 北京：科学出版社；济南：山东科学技术出版社，2024.6）是我和付宪研究员作为主编，以及多位通过参与Sc2.0 酵母基因组国际协作项目一路成长起来的研究骨干共同编写完成的。2011 年，受Sc2.0 项目国际协调人蔡毅之教授邀请，我们有幸在杨焕明院士的带领下，成为最早一批参与并推动该国际协作项目实施的中国代表团队之一，并通过这样一个大科学工程的实践获得了知识和技术的系统积累。

本书旨在围绕合成基因组学的核心内涵，为本科生或研究生提供系统性、普适性和前沿性兼顾的内容梳理与介绍，既涉及相关的原理和技术，亦包括里程碑式科学事件和前沿应用展望。

沈 玥

2024 年1 月1 日

本书序为国内外该研究领域的知名学者George Church教授和杨焕明院士对该领域的概述和展望。本文分享杨焕明院士的序，标题为编者所加。

《基因组合成生物学》序

这是一本由我国年轻一代科学家编撰的好书。

我们年轻的作者们告诉我，这本书首先是给DNA 双螺旋结构发现70 周年的献礼——詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）的历史性发现，在业内被誉为生命科学史上的“第一场革命”；同时，这本书是对遗传信息流向规律——“中心法则”的重要贡献者之一、已故著名生物学家悉尼·布伦纳（Sydney Brenner）的怀念。此外，这本书也是对与布伦纳和约翰·萨尔斯顿（John Sulston）一起分享诺贝尔奖的罗伯特·霍维茨（H. Robert Horvitz）的感谢，感谢他对合成生物学的支持以及对中国年轻科学家的鼓励和期待。是的，他们永远是我和我的朋友、学生们的良师益友，我很赞赏我们的新生一代“感恩谢师”的情怀。

今年也是国际人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）完成20 周年。借此我谨向弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins）、埃里克·兰德（Eric Lander）、梅纳德·奥尔森（Maynard Olson）、阿里·帕特纳斯（Ari Patrinos）、约翰·萨尔斯顿、米歇尔·摩尔根（Micheal Morgan），以及日本、法国、德国数百位一起并肩完成第一个人类基因组草图的老朋友们表示感谢。是他们高举“HGP 精神——共有、共为、共享”的大旗，拥抱中国这一HGP 协作组中唯一的发展中国家，并一如既往地支持中国与中国的科学家，与我们这一代和年轻一代在科学情怀和科学精神上同频共振。

▲ 设计合成最小基因组

Craig Venter 团队对支原体细胞的合成基因组学进行了深入探索。2008 年，Venter 团队合成了生殖支原体基因组，并命名为Mycoplasma genitalium JCVI-syn1.0（Gibson et al.，2008），解决了如何从核苷酸化学合成细胞基因组的问题。Venter 团队将这一人造细胞称为“Synthia”（意为“合成体”）。该研究是合成基因组学这一新兴领域具有里程碑意义的事件，也是合成基因组技术在原核细胞上的首次应用

合成生物学这一个领域是20 世纪70 年代中期遗传工程的继续，其主要特点是基于DNA 双螺旋结构，聚焦于已经鉴定的编码蛋白质的DNA 序列，以实验室和工业化规模来生产蛋白质产品，带来了遗传学研究和生物产业的第一个飞跃。合成生物学的先驱者克雷格·文特尔（Craig Venter）及其研究所设计和合成的支原体Synthia，是人类设计和合成的第一个完整的、功能齐备的基因组（尽管还带有明显模仿自然的痕迹）。青蒿素、吗啡和大麻这三个复杂的生物活性化合物，是合成生物学第一阶段的代表性产物，也奠定了设计和合成以下代谢网络的基础：一个完整的物质和能量代谢途径组成的代谢网络、细胞信号传递通路、诸多基因调控系统组成的基因表达的调控网络（特别是提高目标产物的产量和修饰）。约翰斯· 霍普金斯大学的杰夫·布卡（Jef Boeke）教授发明了“基于真核基因同源重组的基因组片段替代法（ homologous recombination-based genomic segment replacement）”，该方法成功的范例就是人工合成酿酒酵母基因组计划（Sc2.0），该项目是人类首次尝试合成真核生物的基因组，可以称之为合成生物学发展史上的另一个里程碑。

▲ 真核生物酵母基因组合成的研究史及主要成就

Sc2.0 旨在构建第一个合成真核生物基因组。它基于从头合成设计的酿酒酵母基因组，针对基因组稳定性进行了优化，并包括各种设计特征，使其成为未来应用中易于设计的底盘细胞。2006 年，Jef Boeke 教授提出人工合成酿酒酵母基因组计划（Sc2.0）；2011 年，其团队完成了酿酒酵母IX 号染色体右臂的设计与合成工作，奠定了酿酒酵母基因组设计的若干个原则，阐述了人工合成酿酒酵母基因组的可行性（Dymond et al.，2011）。继2014 年合成第一条完整的Sc2.0 染色体之后（Annaluru et al.，2014），Sc2.0 国际合作团队于2017 年在《科学》杂志上同时发表数篇研究论文描述了完整Sc2.0 基因组的设计，以及额外5 条完整染色体的合成和表征，占整个酵母基因组的1/3 以上。剩余的酵母染色体合成工作以专辑和封面文章的形式发表在Cell系列期刊

Sc2.0 计划可以说是中国参与发起、协调和组织的第一个国际性大合作的科研项目。我还清晰地记得2012 年在北京举行的第一次国际Sc2.0 会议，来自多国的协作组成员欢聚一堂、精心策划、分工合作，启动了这一历史性的国际合作计划并如期完成。Sc2.0 不仅已成为合成生物学的一个里程碑，而且造就和锻炼了本书编写团队等年轻有为的科学家。自Sc2.0 计划之后，中国在北京、天津、上海、深圳等地的团队又取得了多项喜人的进展。就在最近，在全球合作的Sc2.0 第二期计划中，年轻的科学家又取得了令人振奋的合作成果。这也使该书总结的经验知识得以充实，使得该书内容能够涵盖整个基因组合成技术的全过程，对合成生物学未来发展和应用的思考更有见地。

还有一点要同大家分享的是，作为起步较晚的发展中国家，我们的成功是基于全人类的“共有、共为、共享”。我相信这本书能够传递这一合作共赢的精神，激励我们年轻的一代又一代茁壮成长。

这本书一定会吸引更多的年轻人，包括本科生、硕士研究生、博士研究生、博士后加入这个队伍，投身于这一生命科学和生物产业的重要领域。我们完全有理由相信，我们年轻一代科研人员一定会脱颖而出，与他们的国际同行一起成长，创造更加美丽的生命世界和更为美好的人类未来。

杨焕明

中国科学院院士

2024 年3 月15 日

本文摘编自《基因组合成生物学》（沈玥，付宪主编. 北京：科学出版社；济南：山东科学技术出版社，2024.6）一书“前言”“序二”，有删减修改，标题为编者所加。

能源合成生物学

吕雪峰主编

ISBN 978-7-03-078739-2

生物能源在增加能源与资源供给、改善生态环境、支撑碳中和目标实现等方面有着其他可再生能源不可替代的显著优势。合成生物学在生物能源研发方面具有重要的应用价值和广阔的发展空间，有利于解决生物能源的关键研发问题。本书结合编者在能源合成生物学领域的研究工作，围绕合成生物学使能技术与改造策略、生物催化剂和细胞工厂的性能优化，系统总结了如何通过合成生物学技术改造能源生物底盘，以显著提高从二氧化碳到生物质、从生物质到糖，以及从糖到乙醇、丁醇、萜烯、脂肪烃等生物燃料产品和一碳资源直接转化为生物燃料产品等各个环节的转化效率，并对能源合成生物学未来的发展方向与挑战进行了展望。

本书可供合成生物学、生物能源、微生物学和植物学相关领域的科研人员、工程技术人员和高等院校师生参考，以期共同推动能源合成生物学的蓬勃发展。

基因组合成生物学

沈玥，付宪主编

ISBN 978-7-03-078657-9

本书对合成基因组学的核心内容进行了系统性介绍，既涉及相关的原理和技术，亦包括里程碑式科学事件和前沿应用展望。具体而言，本书序为国内外该研究领域的知名学者George Church 教授和杨焕明院士对该领域的概述和展望；第1 章围绕合成基因组所涉及的四大类设计原则（区分、重构、精简与赋能）进行深入介绍；第2 章深入阐述如何从头人工合成基因组，以及该过程涉及的关键技术；第3 章全面分享在病毒、原核生物及真核生物基因组人工合成方面取得的重大科研成果；第4 章展望领域未来的应用场景并探讨发展带来的伦理安全问题。

本书可供合成生物学的基因组学技术与应用领域的高年级本科生、研究生和科研人员参考使用，对于合成生物学产业的从业人士也有参考意义。

新一代食品生物技术

刘龙，陈坚，吕雪芹主编

本书主要从食品微生物资源、食品组学、酶工程、发酵工程、代谢工程、合成生物学等方面系统介绍了新一代食品生物技术。在此基础上，阐述了食品生物技术在未来食品中的应用。其中，第1 章简述了食品生物技术的概念、主要内容及其在食品工业中的应用；第2 章介绍了食品微生物资源挖掘与高通量选育技术；第3～7 章详述了食品组学、酶工程、发酵工程、代谢工程，以及合成生物学等系列生物技术与食品科学的交织融合与应用；第8 章阐述了未来食品的概念与内涵，并介绍了食品生物技术在功能蛋白、功能糖、植物基食品等未来食品生产中的应用。

本书详细介绍了新一代食品生物技术及其应用，可供食品工程、生物工程、发酵工程以及合成生物学等领域的研究人员参考，也可以作为研究生教学参考用书。

（本文编辑：刘四旦）