本书是在普通高等教育“十一五”国家级规划教材《代谢工程》第1版的基础上，通过整合、修订，以及扩展合成生物学相关内容，综合代谢工程与合成生物学相关理论与实践的最新成果编写而成。

全书共分13章，详细介绍了代谢工程与合成生物学的发展背景、基本原理与方法，基因组学与基因组尺度代谢网络模型，转录组学，蛋白质组学，代谢通量组学，代谢组学，基因组编辑与途径组装，基因表达的调控与优化，人工合成基因组，人工混菌体系，进化工程等内容。本书重视对概念、原理、方法的阐述，并配有丰富的知识拓展、典型案例、技术应用、科学家故事、参考文献等数字资源。

本书可作为生物工程、生物技术、医学、药学、化学工程、环境工程专业等专业高年级本科生和研究生的教学用书，也可供相关领域的研究、开发及工程设计人员参考。

前辅文
1 绪论
  1.1 代谢工程
   1.1.1 代谢工程学科建立的背景
   1.1.2 代谢工程学科的建立
   1.1.3 代谢工程的定义与发展
   1.1.4 代谢工程的主要研究方法
  1.2 合成生物学
   1.2.1 合成生物学学科建立的背景
   1.2.2 合成生物学的定义
   1.2.3 合成生物学的研究策略
   1.2.4 合成生物学的主要研究领域
  1.3 代谢工程与合成生物学的关系
   1.3.1 代谢工程与合成生物学交叉融合
   1.3.2 代谢工程与合成生物学的发展趋势
2 细胞代谢反应与黑箱模型
  2.1 细胞生长和生物量化学式
   2.1.1 细胞生长
   2.1.2 生物量化学式
  2.2 细胞的代谢反应和流通代谢物
   2.2.1 运输反应
   2.2.2 供能反应与分解代谢
   2.2.3 生物合成反应与聚合反应
   2.2.4 流通代谢物
  2.3 生物反应的质量平衡方程
   2.3.1 间歇培养
   2.3.2 连续培养
   2.3.3 比反应速率与得率系数
  2.4 生物反应的黑箱模型
   2.4.1 黑箱模型的建立方法
   2.4.2 黑箱模型的元素平衡和还原度平衡
   2.4.3 测量数据的一致性检验
   2.4.4 黑箱模型的系统分析
   2.4.5 测量数据的最大似然估计和h检验
3 代谢通量分析与代谢控制分析
  3.1 代谢通量分析的原理
   3.1.1 无细胞生长时的代谢通量分析
   3.1.2 有细胞生长时的代谢通量分析
  3.2 代谢通量分析的系统方法
   3.2.1 基于测量数据的代谢通量分析
   3.2.2 基于线性规划的代谢通量分析
   3.2.3 基于同位素标记的代谢通量分析简介
  3.3 代谢控制分析的基础理论
   3.3.1 通量控制系数及其加和定理
   3.3.2 浓度控制系数及其加和定理
   3.3.3 弹性系数和连接定理
   3.3.4 参数弹性系数及MCA理论的通用表达式
  3.4 通量控制系数的确定方法
   3.4.1 直接法
   3.4.2 间接法
   3.4.3 Linlog动力学法
   3.4.4 大扰动法
  3.5 部分守恒循环途径通量控制系数的确定
4 基因组学与基因组尺度代谢网络模型
  4.1 基因组学概述
   4.1.1 基因组学有关概念
   4.1.2 基因组学研究内容
  4.2 基因组尺度代谢网络模型概述
   4.2.1 用于模型构建的工具
   4.2.2 基因组尺度代谢网络模型数据库
  4.3 基因组尺度代谢网络模型的重构过程
   4.3.1 基因组尺度代谢网络数据库的建立
   4.3.2 数学模型的建立
   4.3.3 模拟运算
   4.3.4 模型的质量评估
  4.4 酶约束网络模型的构建和分析
   4.4.1 基于细胞体积对酶进行约束的方法
   4.4.2 基于酶总浓度进行约束的方法
   4.4.3 酶约束模型构建数据的获取
   4.4.4 酶约束模型的分析应用
  4.5 复合代谢网络模型
   4.5.1 复合代谢网络模型的构建
   4.5.2 复合代谢网络模型的质控
  4.6 基因组尺度代谢网络模型的应用
   4.6.1 基因敲除研究
   4.6.2 发现药物靶点
   4.6.3 指导菌体改进和代谢工程
   4.6.4 泛基因组分析
5 转录组学
  5.1 转录组学概述
   5.1.1 转录组学有关概念
   5.1.2 转录组学平台技术
  5.2 基于基因芯片技术的转录组分析
   5.2.1 cDNA基因芯片技术
   5.2.2 寡核苷酸基因芯片技术
   5.2.3 芯片数据分析
  5.3 基于RNASeq技术的转录组分析
   5.3.1 RNASeq的原理及基本实验步骤
   5.3.2 RNASeq的技术优势
  5.4 两种转录组分析平台技术的比较与联合使用
  5.5 转录组数据的存储及交流
  5.6 转录组学技术的应用
   5.6.1 代谢或转录调控机制的解析
   5.6.2 发现菌株改进的代谢工程靶点
   5.6.3 合成途径的解析或新途径发现
   5.6.4 发现或表征合成生物学元件
6 蛋白质组学
  6.1 蛋白质组学概述
   6.1.1 蛋白质组学有关概念
   6.1.2 蛋白质组学研究平台技术分类
   6.1.3 蛋白质组学研究步骤
  6.2 蛋白质组学研究核心技术
   6.2.1 大规模蛋白质分离
   6.2.2 蛋白质组学研究中的质谱分析技术
   6.2.3 基于质谱的定量蛋白质组学技术
   6.2.4 靶向蛋白质组学技术
  6.3 海量蛋白质数据分析处理技术
  6.4 蛋白质组学的应用
   6.4.1 发现代谢工程操作靶点
   6.4.2 解析复杂生物质利用途径
   6.4.3 研究菌株对胁迫环境的响应
7 代谢通量组学
  7.1 代谢通量分析的发展
  7.2 13C标记实验和测量
   7.2.1 标记实验
   7.2.2 质谱检测
   7.2.3 核磁共振波谱检测
  7.3 稳态13C代谢通量分析
   7.3.1 同位素标记异构体中天然同位素丰度的校正
   7.3.2 代谢通量比率分析
   7.3.3 基于同位素标记异构体分布模型的代谢通量分析
  7.4 非稳态13C代谢通量分析
   7.4.1 同位素非稳态标记实验及其测量
   7.4.2 非稳态13C代谢通量计算方法
  7.5 代谢通量分析的应用
   7.5.1 发现新的代谢途径
   7.5.2 阐明代谢网络结构
   7.5.3 辨识途径限速步骤
   7.5.4 解析原料利用途径
   7.5.5 理解工业生产过程
8 代谢组学
  8.1 代谢组学概述
  8.2 微生物代谢组学的研究方法
   8.2.1 菌株的培养
   8.2.2 样品处理
   8.2.3 代谢物组数据的采集
   8.2.4 数据挖掘
  8.3 微生物代谢组学的应用
   8.3.1 发现代谢工程操作靶点
   8.3.2 解析代谢调控机制
   8.3.3 优化发酵工艺
9 基因组编辑与途径组装
  9.1 基因组编辑的原理与技术
   9.1.1 基于同源重组的编辑技术
   9.1.2 基于非同源末端连接的编辑技术
   9.1.3 基于反向筛选的编辑技术
   9.1.4 基于位点特异性重组的编辑技术
   9.1.5 基于转座重组的编辑技术
   9.1.6 基于内切核酸酶的编辑技术
  9.2 基因组编辑技术的应用
   9.2.1 多元自动化基因组工程
   9.2.2 可追踪基因组工程
  9.3 途径组装的原理与技术
   9.3.1 基于酶切连接的基因组装技术
   9.3.2 基于同源重组的基因组装技术
   9.3.3 基于位点特异性重组的基因组装技术
   9.3.4 基于支架的酶组装技术
   9.3.5 基于细胞区室的酶组装技术
  9.4 途径组装技术的应用
   9.4.1 途径自动化高通量组装
   9.4.2 途径酶共定位
10 基因表达的调控与优化
  10.1 基因表达的调控与优化概述
  10.2 细胞的基因表达调控机制
   10.2.1 转录水平的调控机制
   10.2.2 蛋白质水平的调控机制
  10.3 基因表达的调控技术及应用
   10.3.1 基于调控元件的基因表达优化技术及应用
   10.3.2 基于反义RNA的基因表达调控技术与应用
   10.3.3 基于CRISPR的基因表达调控技术及应用
   10.3.4 基于基因回路的动态调控技术及应用
11 人工合成基因组
  11.1 基因组序列的人工设计
   11.1.1 基因组适度精简
   11.1.2 基因组序列重构
  11.2 合成型基因组的模块化组装
   11.2.1 寡核苷酸链的化学合成
   11.2.2 短片段DNA的PCA组装
   11.2.3 中片段DNA组装
   11.2.4 染色体/基因组的组装
  11.3 基因组的检验
  11.4 人工基因组的纠错
   11.4.1 基因组序列缺陷定位
   11.4.2 基因组序列纠错
  11.5 基因组诱导重排构建细胞工厂
   11.5.1 精准调控系统和快速筛选系统
   11.5.2 构建非整倍体底盘细胞
   11.5.3 构建基因型多样性底盘细胞
   11.5.4 外源代谢路径优化
  11.6 DNA信息存储
   11.6.1 DNA信息存储的优势
   11.6.2 基于人工合成染色体的DNA信息存储
   11.6.3 DNA信息存储的不足和发展预测
12 人工混菌体系
  12.1 人工混菌体系的概念与意义
   12.1.1 混菌体系的概念
   12.1.2 人工混菌体系的意义
  12.2 微生物间的互作关系与交互机制
   12.2.1 微生物间的互作关系
   12.2.2 微生物间的信号交互机制
  12.3 人工混菌体系的设计与构建
   12.3.1 人工混菌体系的设计
   12.3.2 人工混菌体系的构建方式
   12.3.3 混菌体系中运用的主要检测技术
   12.3.4 人工混菌体系的调控与优化
  12.4 人工混菌体系的应用
   12.4.1 复杂代谢路径生物基化学品的合成
   12.4.2 木质纤维素等低劣生物质的降解与转化
   12.4.3 强化环境生物修复
   12.4.4 新药研发及人体健康
13 进化工程
  13.1 进化工程的原理
   13.1.1 进化过程与适应度
   13.1.2 进化过程中的基因型变异
  13.2 进化工程的步骤与方法
   13.2.1 变异
   13.2.2 选择
   13.2.3 筛选
  13.3 进化工程与代谢工程的关系
  13.4 进化工程的应用
   13.4.1 扩展底物利用范围,提高底物利用效率
   13.4.2 提高微生物对不同胁迫耐受性
   13.4.3 改进细胞的生物基产品合成能力
   13.4.4 阐释代谢调控机制,创造新型催化活性蛋白酶
  13.5 基于高通量测序技术的进化工程研究和逆向代谢工程
   13.5.1 基因组尺度的进化工程菌株突变规律分析
   13.5.2 基于比较基因组学的逆向代谢工程
索引

“十一五”国家规划教材