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synthetic-life-desiner

An interactive simulator for designing artificial living systems from scratch. Users can choose genetic codes (DNA, RNA, or XNA), select energy sources, and create synthetic organisms that can evolve over generations. The simulator explores the cutting-edge science of building life in the laboratory, from minimal genomes to protocells.

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这是什么?

🎯 模拟器提示

📚 术语表

Genome
DNA(或某些病毒中的 RNA)中编码的完整遗传指令集,指定构建和操作活有机体所需的所有信息。
Synthetic Genome
在计算机上设计并由化学合成的 DNA 片段组装而成的基因组,编码精确指定的遗传指令,而不是通过自然进化遗传的指令。
Chassis Organism
用作合成生物学应用平台的简化宿主细胞,类似于安装应用程序的计算机操作系统。
BioBricks
具有明确功能(启动子、编码序列、终止子)的标准化、可互换的遗传部分,可以组合起来构建遗传电路,并在标准生物部分注册表中维护。
Protocell
一种简单的类似人造细胞的结构,将功能分子封装在膜边界内,用于研究生命的起源并作为自下而上的合成细胞的构建块。
JCVI-syn3.0
J. Craig Venter 研究所于 2016 年创造的最小合成生物体,只有 473 个基因,代表了能够维持自由细胞生命的最小基因组。
Synthia
JCVI-syn1.0 的非正式名称是第一个具有完全合成基因组的生物体,由 Craig Venter 团队于 2010 年通过合成整个蕈状支原体基因组创建。
Xenobiology
合成生物学的一个子领域,探索用非天然生物化学构建的生物系统,包括替代遗传聚合物 (XNA)、非规范氨基酸和新颖的代谢途径。
Genetic Toggle Switch
Gardner 等人于 2000 年发表了第一个合成遗传电路,由两个相互抑制的基因组成,可以像电灯开关一样在两个稳定状态之间翻转。
Repressilator
Elowitz 和 Leibler (2000) 创建的合成遗传振荡器,由三个基因组成,它们在一个周期中相互抑制,像生物钟一样产生基因表达的周期性波动。
CRISPR-Cas9
一种改编自细菌免疫系统的基因编辑工具,可以精确切割和修改 DNA 序列,彻底改变了自然基因组工程和合成生物学。
Metabolic Engineering
优化生物体内的代谢途径,以增加生物燃料、药品或工业化学品等所需物质的产量。
Directed Evolution
一种模仿自然选择来进化具有所需特性的蛋白质或生物体的实验室技术,荣获 2018 年诺贝尔化学奖(弗朗西斯·阿诺德)。
Biocontainment
旨在防止合成生物体在受控实验室条件之外生存或繁殖的安全措施,例如工程营养缺陷型和终止开关。
Cell-Free Synthetic Biology
使用纯化的酶和细胞提取物在活细胞外进行合成生物学反应,从而能够快速构建遗传电路原型,而不会出现活细胞环境的复杂性。
Orthogonal System
一种合成生物系统,独立于宿主细胞的自然机制运行,防止串扰并能够安全地控制工程功能。
Auxotrophy
一种基因改造,使生物体依赖于自然环境中不存在的外部供应的营养物质,作为合成生物体的生物防护机制。
Gene Drive
一种基因工程技术,可偏向遗传,使基因在群体中传播的速度比正常孟德尔遗传更快,在害虫控制和病媒消除方面具有潜在应用。
Codon Optimization
重新设计编码蛋白质的 DNA 序列,以使用宿主生物体偏好的密码子,提高合成生物学应用中的翻译效率和蛋白质产量。
Gibson Assembly
Daniel Gibson 开发的一种分子克隆方法,能够在单个等温反应中连接多个 DNA 片段,这对于从小部件组装合成基因组至关重要。
Quorum Sensing
细菌使用的细胞间通讯系统(并被合成生物学家利用),其中细胞分泌和检测信号分子以根据种群密度协调群体行为。
iGEM Competition
国际基因工程机器竞赛是由麻省理工学院的 Drew Endy 等人创办的一年一度的本科生合成生物学竞赛,已在全球培训了数千名年轻的合成生物学家。
Genome Project-write
由 George Church 等人领导的一项国际科学倡议,旨在使用化学 DNA 合成从头开始合成完整的基因组,包括完整的人类基因组。
Bioreactor
一种在受控条件下进行生物反应(发酵、细胞生长、代谢物生产)的容器,这对于将合成生物学从实验室扩大到工业生产至关重要。
Synthetic Auxotrophy
一种工程遗传依赖性,其中合成生物体需要环境中未发现的非天然氨基酸或营养素,作为防止在实验室外生存的生物防护机制。
Kill Switch
一种基因电路被设计到合成生物体中,可响应特定的环境信号(例如,缺乏诱导分子)而触发细胞死亡,从而提供主动的生物防护安全机制。

🏆 关键人物

Craig Venter (2010)

2010年,领导团队通过从头开始合成整个细菌基因组并将其移植到受体细胞中,创建了第一个合成细胞(JCVI-syn1.0,昵称Synthia)。后来创建了最小基因组生物JCVI-syn3.0。

Drew Endy (2003-present)

在斯坦福大学开创了生物学工程方法,共同创立了 BioBricks 基金会和 iGEM 竞赛,该竞赛每年培训数千名年轻的合成生物学家进行标准化基因工程。

Jack Szostak (2000s-present)

在哈佛大学/麻省总医院进行了关于原始细胞和生命起源的基础研究,展示了简单的脂肪酸囊泡如何生长、分裂和封装 RNA,为了解第一个细胞可能如何形成提供了见解。端粒研究诺贝尔奖获得者。

Frances Arnold (1993 (first directed evolution), 2018 (Nobel Prize))

开创了酶的定向进化,证明实验室进化可以创造具有全新功能的蛋白质。凭借这项对合成生物学至关重要的工作,荣获 2018 年诺贝尔化学奖。

George Church (2000s-present)

开发了包括多重基因组工程 (MAGE) 在内的合成生物学关键技术,为人类基因组计划做出了贡献,并领导了从头开始合成整个人类基因组的工作(基因组计划编写)。

Michael Elowitz (2000)

共同创建了抑制器,这是最早的合成基因电路之一,证明基因可以像电子元件一样连接到振荡电路中。这项工作帮助开创了合成生物学领域。

James Collins (2000)

与蒂莫西·加德纳 (Timothy Gardner) 共同创建了基因切换开关,这是基因调控网络可以合理设计的基础证明之一。他的实验室继续开拓合成生物学在诊断和治疗方面的应用。

🎓 学习资源

💬 给学习者的话

{'encouragement': 'You are exploring one of the most profound questions in science: what is life, and can we create it? Every great synthetic biologist started with curiosity about how living things work. By experimenting with this simulator, you are taking your first steps into a field that will reshape our world.', 'reminder': 'Synthetic biology is not just about science -- it raises important ethical questions about our responsibility as creators of life. As you learn, think about both the amazing possibilities and the responsibilities that come with this power.', 'action': 'Start by creating a simple organism with a DNA genome and photosynthetic energy source. Then try XNA to see what life might look like with artificial genetics. Finally, use the evolution feature to watch your creation adapt over generations. Each experiment teaches something new.', 'dream': 'We dream of a world where synthetic biology helps cure diseases that disproportionately affect the poorest communities, where engineered organisms clean contaminated water in developing nations, and where every student regardless of background can learn to engineer life for the benefit of all humanity.', 'wiaVision': 'WIA Book believes that the power to understand and create life should not be gatekept by elite institutions. Through free, interactive simulators in 206 languages, we are democratizing access to synthetic biology education and inspiring the next generation of life engineers worldwide.'}

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