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目錄
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 環(huán)境合成生物學簡介 2
1.2.1 合成生物學基本框架 2
1.2.2 環(huán)境合成生物學前瞻 6
1.3 環(huán)境合成生物學在污染治理相關(guān)領(lǐng)域的應用 11
1.3.1 環(huán)境復合污染物的實時高效監(jiān)測 12
1.3.2 有毒污染物的高效識別及多靶點毒性效應評價 14
1.3.3 污染物高效生物修復及其降解資源化回收 16
1.4 環(huán)境合成生物學應用面臨的瓶頸問題 19
1.4.1 針對復合污染的高效特異檢測方法 19
1.4.2 污染物毒性的多靶點同步檢測與毒性快速評價 21
1.4.3 環(huán)境修復過程的智能降解 23
1.5 未來研究展望 24
1.5.1 特異、靈敏的合成生物傳感技術(shù) 24
1.5.2 污染物種類及污染源指紋信息庫的建立 26
1.5.3 毒性效應生物標志物 27
1.5.4 污染物智能降解及其應用 28
1.5.5 合成生物學模式生物的環(huán)境風險控制 29
參考文獻 31
第2章 生物監(jiān)測 42
2.1 微生物監(jiān)測 43
2.1.1 水中有害物質(zhì)的微生物監(jiān)測 44
2.1.2 土壤污染的微生物監(jiān)測 46
2.2 細胞監(jiān)測 50
2.2.1 常用的細胞毒性測試方法 50
2.2.2 細胞模型用于實際環(huán)境中污染物的篩選 52
2.3 動植物監(jiān)測 55
2.3.1 動物監(jiān)測 55
2.3.2 植物監(jiān)測 59
2.4 生物監(jiān)測方法的局限性及展望 62
2.4.1 傳統(tǒng)生物監(jiān)測在環(huán)境污染監(jiān)測中的局限性 62
2.4.2 合成生物學在環(huán)境污染生物監(jiān)測中的應用 63
參考文獻 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)測中的應用前景 75
3.3 污染物感應元件 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 核糖開關(guān) 77
3.4 信號報告元件 78
3.5 合成生物傳感系統(tǒng) 79
3.5.1 全細胞生物傳感器 79
3.5.2 無細胞生物傳感器 84
3.6 總結(jié)與展望 89
3.6.1 全細胞生物傳感器 89
3.6.2 無細胞生物傳感器 91
3.6.3 展望 92
參考文獻 93
第4章 合成生物學在環(huán)境污染物檢測中的應用 98
4.1 環(huán)境合成生物學檢測污染物的原理 98
4.1.1 新技術(shù)與基因回路模塊化設計 99
4.1.2 底盤細胞的開發(fā) 100
4.2 合成生物學應用于環(huán)境污染物的檢測 101
4.2.1 抗生素類污染物的檢測 101
4.2.2 重金屬類污染物的檢測 104
4.2.3 芳烴類污染物的檢測 107
4.2.4 雙酚類污染物的檢測 109
4.3 環(huán)境合成生物學檢測方法展望 112
4.3.1 合成生物學方法檢測污染物的發(fā)展趨勢 112
4.3.2 基于EDA的環(huán)境合成生物學檢測方法 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 116
第5章 污染物毒性效應基于靶點識別的體外評價技術(shù) 126
5.1 污染物毒性效應的分子起始事件和靶點 127
5.1.1 環(huán)境污染危害的系統(tǒng)毒理學認識與多靶協(xié)同作用 127
5.1.2 污染物毒性效應的典型測試評價方法 129
5.1.3 合成生物學與基于分子起始事件的污染物毒性體外評價技術(shù) 131
5.2 基于靶點識別的環(huán)境污染物體外毒性評價方法中的合成生物學 135
5.2.1 以酵母為底盤細胞的報告基因毒性評價方法 135
5.2.2 以動物細胞為底盤細胞的報告基因毒性評價方法 141
5.2.3 脫靶效應對基于靶點識別的污染物體外毒性評價方法的影響 149
5.3 污染物多靶點體外毒性評價中合成生物學的作用 151
5.3.1 實際環(huán)境研究中基于多靶點識別的污染物成組毒性體外評價策略 151
5.3.2 現(xiàn)有多靶點毒性體外評價面臨的問題與環(huán)境合成生物學 153
5.3.3 基因組多位點編輯及其潛在環(huán)境毒理應用 154
參考文獻 155
第6章 污染物毒性評價的環(huán)境合成生物學模型 165
6.1 誘導多能干細胞模型 165
6.1.1 iPSC來源及發(fā)展 165
6.1.2 重編程因子及iPSC標志物 166
6.1.3 iPSC轉(zhuǎn)導方法 167
6.1.4 iPSC影響因素 168
6.1.5 iPSC環(huán)境毒理學應用 169
6.2 器官芯片模型基礎(chǔ) 174
6.2.1 器官芯片來源及發(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 器官芯片應用及面臨的挑戰(zhàn) 180
6.3 嵌合體胚胎及動物 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 嵌合體動物在環(huán)境毒理學中的應用 188
6.4 干細胞模型相關(guān)倫理問題 190
6.4.1 生物安全問題 190
6.4.2 倫理問題 192
6.5 總結(jié)與展望 193
參考文獻 194
第7章 復合暴露與健康效應 197
7.1 引言 197
7.2 合成生物學與環(huán)境相關(guān)健康效應評價 198
7.2.1 典型污染物相關(guān)的健康效應 198
7.2.2 合成生物學在環(huán)境相關(guān)疾病診治中的應用 203
7.2.3 合成生物學在環(huán)境健康效應評價中的應用前景 210
7.3 合成生物學在環(huán)境健康效應機制研究中的應用 211
7.3.1 典型污染物暴露的健康效應機制與生物傳感通路 211
7.3.2 環(huán)境合成生物學在分子環(huán)境毒理研究中的應用 214
7.4 合成生物學與污染物復合暴露的健康效應評價 220
7.4.1 污染物復合暴露的毒理效應與機制研究概述 220
7.4.2 基于污染物共同作用靶點的復合暴露毒理機制研究 221
7.4.3 基于污染物共同毒性效應的復合暴露健康效應研究 224
7.5 總結(jié)與展望 226
參考文獻 226
第8章 合成生物學在微生物修復領(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 隨機突變實現(xiàn)定向進化 233
8.1.2 理性設計 237
8.1.3 半理性設計 242
8.2 單細胞層面--線路組裝 243
8.2.1 線路標準化、高效化 243
8.2.2 線路智能化 246
8.3 多細胞層面--體系重構(gòu) 251
8.3.1 概述 251
8.3.2 "自上而下"的設計思路 252
8.3.3 "自下而上"的設計思路 253
參考文獻 255
第9章 污染物的微生物修復 263
9.1 污染物修復的常用微生物 263
9.1.1 細菌 264
9.1.2 真菌 270
9.1.3 藻類 273
9.2 有機污染物的高效降解 276
9.2.1 有機污染物的分類、危害及污染修復方法 276
9.2.2 有機污染物的微生物修復機制和方法研究 277
9.2.3 基于環(huán)境合成生物學的功能微生物對有機污染物的高效降解 278
9.3 有毒金屬的定向轉(zhuǎn)化 279
9.3.1 有毒金屬的分類、危害及污染修復方法 279
9.3.2 有毒金屬的微生物修復機制和方法研究 281
9.3.3 基于環(huán)境合成生物學的功能微生物對有毒金屬的定向轉(zhuǎn)化 282
9.4 展望 285
9.4.1 污染物生物降解和轉(zhuǎn)化機制解析 285
9.4.2 微生物修復相關(guān)環(huán)境合成生物學底盤生物的發(fā)展 286
9.4.3 微生物修復技術(shù)的發(fā)展 286
參考文獻 286
第10章 合成生物學在廢棄物資源化中的應用 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 利用廢棄物進行微生物產(chǎn)電 315
10.4.2 利用廢棄物進行微生物產(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 326
第11章 污染物生物修復應用示范 335
11.1 石油污染生物修復應用示范 335
11.2 重金屬污染生物修復應用示范 338
11.3 含氯有機化合物污染生物修復應用示范 340
11.4 農(nóng)藥污染生物修復應用示范 344
11.5 展望 347
參考文獻 348