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合成生物学中的元件设计与整合应用合成生物学是一门新兴的科学领域，其主要研究方向是利用工程技术手段设计和构造具有特定功能的生物系统。
元件是合成生物学中的重要组成部分，指的是一系列经过特定设计和构造的基本生物单元，如启动子、基因、编码序列等。
在合成生物学中，元件的设计和整合应用是非常关键的环节，本文将从以下几个方面详细阐述它们的意义和作用。
一、元件设计的意义元件设计是合成生物学中的基础工作，其主要目的是构建具有特定生物功能的基本单元。
在设计元件时，需要考虑以下几个方面的问题：1. 基本成分：设计元件时需要确定其基本成分，如启动子、编码序列等。
2. 功能特点：根据所需的生物功能，设计元件的特定功能特点，如启动子的强度、编码序列的稳定性等。
3. 成本效益：元件设计需要考虑成本效益，即达到所需功能的最小元件数量和构造难度等。
通过元件设计，可以实现对生物系统的精细化控制，构建具有高度精确性和可调控性的生物体系。
同时，通过具有特定生物功能的元件构造，可以实现对特定环境和物质的感知和响应，并实现应对复杂环境的高效能力。
二、元件设计的应用元件设计主要应用于合成生物学的以下几个领域：1. 基因工程：通过对元件的设计和构造，实现对基因表达的调控和优化，如实现高表达、低表达、定位表达等。
2. 代谢工程：通过对元件的设计和构造，实现对代谢通路的调控和优化，如实现代谢产物产生和代谢产物转化等。
3. 诊断与治疗：通过对元件的设计和构造，实现对肿瘤、感染等疾病的检测和治疗，如利用针对性元件进行靶向治疗等。
通过元件设计，可以实现对生物体系和功能的可控制，为合成生物系统的构建提供了先决条件。
三、元件整合的意义元件的整合是指将多种不同的元件组合成一个构建稳定的合成生物系统。
在元件整合中，需要考虑以下几个方面的问题：1. 元件数量：确定所需元件的数量，以达到特定生物功能要求。
2. 元件选择：根据实际需要，选择合适的元件进行整合。
3. 整合方式：确定元件的整合方式，如级联结构、并联结构等。
合成生物学中的代谢工程与合成途径合成生物学是一门以细胞为基本单元，通过运用基因工程和交叉学科技术，设计新型合成途径、合成系统的生物学学科。
其中，代谢工程和合成途径是合成生物学的重要方向，它们能够对生产生物物质的效率和产量进行调控和优化，实现大规模的生产。
一、代谢工程代谢工程是指通过对细胞代谢途径中的关键反应进行调控，优化代谢流程，从而达到生产特定物质的目的。
它主要包括三个方面的内容：基因敲除、基因过表达和基因调控。
基因敲除是指通过基因编辑技术，将某些影响细胞代谢的基因删除、失活或改变它们的表达量。
这种方法常用于消除代谢产物的反应途径，减少代谢产物的分解，从而提高对应产物的合成效率。
基因过表达则是通过增加关键基因的表达量，促进代谢途径中对应物质的合成。
例如，将其它生物合成具有商业价值的物质的产生基因导入生产目标某物种细胞中，增加细胞合成目标物质的能力。
基因调控在代谢工程中也扮演了重要角色。
通过增加或降低转录因子或结合蛋白等对基因的调控，可以增加或降低特定代谢途径的反应速率，改变代谢产物分配的比例，从而实现对特定代谢途径进行调控和优化。
二、合成途径合成途径是实现目标物质生产的具体途径。
其中最常用的策略是通过代谢工程的手段，设计新的代谢途径来实现特定物质的生产。
比如，曾经有一些研究者尝试将辣椒中产生辣味的化学物质香辣素转化为生物合成代谢途径中的物质，从而实现了在大肠杆菌中合成香辣素的目标。
这样不仅节约了合成香辣素的成本，而且减轻了合成香辣素时对环境的污染。
另外，还有许多利用合成生物学的手段开发新的代谢途径，从而实现低成本、高效率合成某些生物物质的例子。
例如，利用毒素素（toxoflavin）的生物合成途径，设计新型的代谢途径来合成氨基酸苯丙氨酸或丁二酸等，从而实现对上述物质的生产。
再如，一些研究者利用代谢工程的手段，通过改变乳酸种类和质量进行调控，设计了乳酸生物合成工程，成功合成了其他有机物质。
总的来说，代谢工程和合成途径是合成生物学中的两个重要方向，它们的研究对于生物制药、生物材料生产和生物能源产业的发展都有着重要的推动作用。
合成生物学与代谢工程及系统生物学合成生物学是研究如何利用生物系统中的组件和原理，以设计和构建新的生物系统的学科。
它涉及到对生物学、工程学和计算机科学的交叉应用，旨在创造出具有特定功能和性能的生物体。
代谢工程是合成生物学的一个重要分支，它关注的是通过改造生物体的代谢途径，以实现对特定化合物的高效生产。
在合成生物学中，研究人员利用生物体内的基因调控机制和信号传导网络，设计并合成出新的生物体或改造现有的生物体，以实现特定的功能。
例如，通过改造细菌的代谢途径，可以使其具有产生特定药物或化合物的能力。
这种方法不仅可以提高药物和化学品的生产效率，还可以降低生产成本，减少对环境的污染。
代谢工程是合成生物学中的一个重要研究方向，它着重于对生物体的代谢途径进行优化和改造，以实现对特定化合物的生产。
代谢途径是生物体内化学反应的网络，涉及到许多酶催化的反应。
通过改变酶的表达水平、调控酶的催化活性或改变底物供应等手段，可以改变代谢途径的通量，从而实现对目标化合物的高效生产。
在代谢工程中，研究人员通常利用基因工程技术对代谢途径中的关键基因进行改造，以提高目标产物的产量或质量。
例如，通过引入额外的代谢途径或增强关键酶的活性，可以提高目标产物的合成效率。
此外，研究人员还可以通过调控信号传导网络，实现对代谢途径的精确调控，从而实现对特定产物的选择性合成。
系统生物学是合成生物学的另一个重要分支，它研究生物系统的整体行为和相互作用。
系统生物学利用数学模型和计算方法，对生物体内的基因调控网络、代谢途径和信号传导网络进行建模和分析，以揭示生物系统的内在规律和机制。
通过对生物系统进行建模和分析，可以预测生物体对环境变化的响应，设计和优化生物体的功能和性能。
在合成生物学和代谢工程中，系统生物学的方法被广泛应用。
通过对生物体的基因组、转录组和代谢组进行全面的测序和分析，可以获取大量的生物学数据，用于构建数学模型和预测生物系统的行为。
这些模型可以用于优化合成生物学系统的设计和构建，提高目标产物的生产效率和质量。
生物工程学报 Chin J Biotech 2009, September 25; 25(9): 1296-1302 Chinese Journal of Biotechnology ISSN 1000-3061 cjb@ © 2009 Institute of Microbiology, CAS & CSM , All rights reservedReceived : March 10, 2009; Accepted : July 2, 2009Supported by : National Natural Science Foundation of China (No. 30870022), National Basic Research Program of China (973 Program) (No. 2007CB707803), National High Technology Research and Development Program of China (863 Program) (No. 2006AA02Z218). Corresponding author : Qingsheng Qi. Tel: +86-531-88365628; Fax: +86-531-88565610; E-mail: qiqingsheng@国家自然科学基金(No. 30870022), 国家重点基础研究发展计划(973计划)(No. 2007CB707803), 国家高技术研究发展计划(863计划) (No. 2006AA02Z218)资助。
合成生物学与代谢工程王俊姝1, 祁庆生1, 21 山东大学 微生物技术国家重点实验室, 济南 2501002 山东大学 国家糖工程技术研究中心, 济南 250100摘 要: 随着DNA 重组技术的日趋成熟, 代谢工程的理论和应用已经得到了迅速发展。
生物化学中的代谢工程和合成生物学代谢工程是一门综合运用生物、化学、生物化学和工程学等知识的学科，可以改造微生物、植物、动物体内代谢途径，实现新代谢途径的构建，优化代谢产物的合成。
代谢工程通过调控代谢通路中的酶、途径、调节子和表达，以提高产物生成量、转化效率和减少副产物生成。
而合成生物学则是利用生物系统的组成和原理来构建生物部件、生物系统、以及生物学的应用。
代谢工程和合成生物学结合起来，可以为生物产业的发展提供更深入的支持和推动。
代谢工程的基本原理是根据生物体内代谢途径的特点，通过调控关键酶的活性或者转录水平，来实现特定代谢产物的合成。
通过改造代谢途径，可以提高微生物或植物的产物合成能力，达到工业化生产的目的。
代谢工程可以应用于微生物的酵母、大肠杆菌等，也可以应用于植物的水稻、玉米等。
合成生物学则是以生物体为平台，通过设计、组装和调控基因等手段，让生物体实现特定功能。
合成生物学在药物生产、材料合成、环境修复等领域有着广泛的应用前景。
通过合成生物学技术，可以创造出具有特定功能的“人造微生物”，实现人类理想的科技前景。
代谢工程和合成生物学的结合，可以更好地实现生物产业的发展和生产目标。
通过代谢工程技术的引入，可以调控生物代谢产物的生成途径，提高产物的产量和纯度。
通过合成生物学技术的应用，可以实现对生物体内部的精准调控，使生物体产生特定功能的代谢产物。
这种结合的模式，将为生物产业的发展开辟新的发展方向，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
综上所述，生物化学中的代谢工程和合成生物学在生物产业的发展中起着至关重要的作用。
通过不断地探索、研究和应用这两门学科，可以实现对生物体内代谢途径的精准调控，提高产物的合成效率和质量。
代谢工程和合成生物学的结合，将为生物产业的发展开创新的可能性，推动生物科技产业的不断发展。
希望未来在生物领域的研究和应用中，代谢工程和合成生物学能够发挥更大的作用，促进生物科技的飞速发展和生物产业的持续繁荣。
化学生物学研究中的代谢工程与合成生物学化学生物学是将化学和生物学的研究相结合，通过理解和操纵生物分子的化学性质和反应来解决生物学问题。
代谢工程和合成生物学是化学生物学领域中的两个重要分支，它们通过设计和优化生物反应网络，以实现对代谢物的生产和改造，对于生物医药、绿色能源和可持续化学等领域的发展具有重要意义。
一、代谢工程代谢工程是利用基因工程和代谢途径工程等手段来改造和优化代谢物生产的过程。
通过对生物代谢途径中相关基因的调控和代谢途径的重新设计，可以提高目标化合物的产量和选择性。
代谢工程不仅可以用于生物制药领域的生产，还可以应用于产能化学品的合成等领域。
代谢工程的关键在于对代谢途径的深入理解和精确调控。
研究人员可以通过对代谢途径的计算模拟和实验验证，寻找合适的调控策略和目标基因。
例如，可以通过基因敲除、基因表达调控和底物供应调节等手段来调整代谢网络的流量和方向，从而实现对代谢产物的合理优化。
二、合成生物学合成生物学是将工程学的思路和方法应用于生物系统的设计与构建。
通过对生物学元件（如基因、酶和信号通路）的拆分、重组和调控，可以创造出新的功能生物系统，实现对生物体的精确控制。
合成生物学中的关键技术包括基因合成、高通量筛选和计算模拟等。
合成生物学的发展已经在生物领域引起了广泛的关注和应用。
在化学生物学研究中，合成生物学提供了一种全新的思路和工具，可以用于设计和构建人工合成途径，实现对代谢产物的定向合成和改造。
同时，合成生物学也为解析生物系统的复杂性和开发新的治疗方法提供了重要的研究平台。
三、代谢工程与合成生物学的应用代谢工程和合成生物学在许多领域都有广泛的应用。
在生物医药领域，通过代谢工程可以提高药物产量和纯度，降低生产成本，同时还可以开发新的药物。
例如，通过对青霉素合成途径的优化，可以大幅提高青霉素的产量和质量，进而满足临床需求。
在绿色能源领域，代谢工程和合成生物学可以用于生物能源的生产与转化。
例如，通过优化生物质转化途径，可以实现高效的生物乙醇产生。
代谢工程与合成生物学考试试题一、选择题（每题5分，共20题）1. 以下哪个不是代谢工程的核心目标？A. 提高产物产量B. 降低废物生成C. 提高反应速度D. 优化代谢途径2. 合成生物学是通过______的运作来改良生物体。
A. 基因B. 细胞器C. 代谢途径D. 物质转运3. 以下哪个是合成生物学的基本工具？A. DNA合成技术B. 功能基因组学C. 代谢工程D. 酶工程4. 下列哪个不是代谢工程领域的研究内容？A. 底物通量限制B. 代谢途径重构C. 酶动力学分析D. 基因表达调控5. 以下哪个属于合成生物学中的“顶层设计”？A. 设计反应底物和产物的合成途径B. 优化酶的催化效率C. 调控基因表达水平D. 提高生物体耐受外界环境的能力6. 代谢工程中使用的工业菌株通常具有以下特点，除了______。
A. 高产量B. 高产生能力C. 高抗性D. 高复制速度7. 合成生物学与传统基因工程最大的区别是______。
A. 目标物质的不同B. 方法的不同C. 使用的生物体的不同D. 对环境的影响程度8. 哪个技术可以对基因组中的所有基因进行快速测序和分析？A. DNA合成技术B. 基因芯片技术C. CRISPR-Cas9技术D. RNA测序技术9. 以下哪个不是合成生物学中常使用的基因调控工具？A. 转录因子B. 编码RNAC. CRISPR-Cas9D. RNA干扰10. 代谢工程的研究对象主要集中在______。
A. 细菌和真菌B. 高等植物C. 哺乳动物D. 病毒11. 下列哪个不是代谢工程常用的工具？A. 基因工程B. 酶学C. 代谢网络分析D. 免疫学12. 以下哪个不是合成生物学中常见的应用？A. 生物燃料生产B. 药物合成C. 人工器官制造D. 食品生产13. 代谢网络是指______。
A. 生物体内代谢途径的连接B. 生物体内的基因网络C. 生物体的代谢产物网络D. 生物体的免疫网络14. 以下哪个不是合成生物学研究的重点之一？A. 基因调控机制B. 代谢途径重构C. 细胞工程D. 生物信息学15. 合成生物学的目标之一是______。
合成生物学基础知识单选题100道及答案解析1. 合成生物学的核心思想是（）A. 对生物系统进行分析和模拟B. 从头设计和构建生物体系C. 对现有生物进行改造和优化D. 研究生物的进化过程答案：B解析：合成生物学的核心思想是从头设计和构建生物体系。
2. 以下哪项不是合成生物学的研究内容（）A. 基因编辑B. 生物信息学分析C. 生态系统保护D. 人工合成基因答案：C解析：生态系统保护不属于合成生物学的研究内容，合成生物学主要侧重于在分子水平上对生物体系的设计和构建。
3. 合成生物学中常用的基因合成方法是（）A. PCR 技术B. 化学合成法C. 反转录法D. 基因克隆答案：B解析：化学合成法是合成生物学中常用的基因合成方法。
4. 以下哪种工具酶在合成生物学中用于DNA 切割（）A. DNA 聚合酶B. 限制酶C. 连接酶D. 解旋酶答案：B解析：限制酶能识别特定的核苷酸序列，并在特定部位切割DNA。
5. 合成生物学的发展依赖于（）A. 物理学的进步B. 化学技术的创新C. 计算机科学的支持D. 以上都是答案：D解析：合成生物学的发展需要多学科的交叉支持，包括物理学、化学技术的创新以及计算机科学的辅助。
6. 合成生物学家构建基因线路时，常用的生物元件不包括（）A. 启动子B. 终止子C. 内含子D. 核糖体结合位点答案：C解析：内含子一般在基因表达过程中会被剪切掉，不是构建基因线路时常用的生物元件。
7. 在合成生物学中，用于检测基因表达水平的技术是（）A. 荧光定量PCRB. 凝胶电泳C. 质谱分析D. 核磁共振答案：A解析：荧光定量PCR 可以定量检测基因的表达水平。
8. 以下哪项不是合成生物学的应用领域（）A. 医学治疗B. 环境保护C. 天体物理研究D. 能源生产答案：C解析：天体物理研究与合成生物学无关。
9. 合成生物学中设计生物系统遵循的原则是（）A. 简单性和高效性B. 复杂性和稳定性C. 随机性和不确定性D. 独立性和单一性答案：A解析：简单性和高效性是设计生物系统通常遵循的原则。
生物传感器在代谢工程中的应用张楠楠;王金保;董润安;高海军【摘要】近年来,合成生物学、代谢工程的发展推动了精细化学品和新一代能源的生物合成研究,为高效能酶或菌株的构建和筛选带来了新的契机.生物传感器由分子识别元件和信号转换器组成.作为一种新的生物信号检测技术手段,具有选择性高、分析速度快、操作简单等特点.主要有荧光共振能量转移传感器、核糖开关传感器和转录因子传感器三种类型.其中,转录因子传感器已广泛应用于酶或菌株等的代谢工程研究中.文章综述了这些生物传感器的基本原理和应用.【期刊名称】《生命科学仪器》【年(卷),期】2016(014)003【总页数】5页(P17-21)【关键词】生物传感器;代谢工程;应用;生物合成【作者】张楠楠;王金保;董润安;高海军【作者单位】北京理工大学生命学院,北京,100081;北京理工大学生命学院,北京,100081;北京理工大学生命学院,北京,100081;北京理工大学生命学院,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】Q81近年来，合成生物学在基因组编辑[1]，DNA组装[2]，标准化基因线路的构建及逻辑线路的设计[3,4]等方面，取得了巨大的进步。
特别是Gibson等温组装、Gold-gate 组装、连接酶链反应（LCR）[5]和自动基因编辑（MAGE）[6,7]等DNA组装技术的发展推动了基因型文库的理论与应用研究。
基因型文库的构建作为一种优化菌株代谢系统的工具，在高产菌株的构建过程中具有关键作用。
然而，构建基因型文库仅仅是获得高产菌株的基础，还需进一步从瀚如烟海的文库中筛选到最好的表型。
目前而言，表型筛选技术远远落后于文库构建技术[8,9]，限制了高产菌株的获取。
生物传感器作为一种新的生物信号检测技术，具有选择性高、分析速度快、操作简单等特点，在食品检测、环境监测、新药筛选、工业微生物菌株改造等研究领域受到广泛重视[10]。
生物传感器由分子识别元件和信号转换器两部分组成，分子识别元件可接受外界某一信号刺激，接着利用转换器把外界信号转变为另一种可被检测的电信号或光信号，进而实现对外界环境的持续检测（图 1）。
合成生物学技术对微生物代谢工程的推动作用合成生物学技术是一门新兴的跨学科学科，通过对生物系统的探索和设计，旨在改造和构建新的生物功能。
合成生物学的发展为微生物代谢工程提供了前所未有的机会和手段。
在过去几十年中，合成生物学技术在微生物代谢工程中取得了令人瞩目的进展，推动了微生物代谢工程的发展。
首先，合成生物学技术通过生物合成途径的设计和优化，提高微生物产生目标化合物的效率和产量。
通过基因组学研究，我们能够深入了解微生物代谢途径的组成和调控方式，从而对其进行改造和优化。
合成生物学技术基于现代分子生物学和基因工程技术，通过改变微生物的基因组，使之拥有更高的代谢能力和产物生产能力。
例如，研究人员通过基因工程策略增强了产生抗生素的微生物菌株，提高了抗生素的产量。
这些技术的应用使得微生物能够高效地利用底物并合成目标产物，为微生物代谢工程的发展带来了巨大的推动。
其次，合成生物学技术为微生物代谢工程提供了新的筛选和优化平台。
合成生物学技术的发展使得我们能够设计和构建具有特定代谢途径的微生物纳米工厂。
这些微生物纳米工厂能够利用廉价和可再生的碳源合成目标化合物，具有广阔的应用前景。
通过合成生物学技术，我们能够实现对微生物的高通量筛选和优化，从而提高产物的质量和产量。
例如，通过快速和高效的基因编辑技术，研究人员能够快速改变微生物的代谢途径，并筛选出产量更高的目标产物。
这种筛选和优化平台的建立为微生物代谢工程的发展提供了新的方向和可能性。
此外，合成生物学技术还为微生物代谢工程的研究提供了丰富的工具和方法。
合成生物学技术结合了生物学、化学、工程学等多个学科的知识和方法，使得微生物代谢工程的研究可以更加全面和深入。
通过合成生物学技术，研究人员可以利用系统生物学和数学建模的方法，对微生物代谢途径进行全面的分析和优化。
此外，合成生物学技术还提供了高通量基因组学和蛋白质组学的分析工具，使得研究人员能够更加深入地了解微生物代谢途径的调控机制和表达情况。
合成生物学之生物部件622（山东大学生命科学学院，济南，250100）摘要：合成生物学强调“设计”和“重设计”，其目的是通过人工设计和构建自然界中不存在的生物系统来解决能源、材料、健康和环保等问题，其工程化的思想和标准化的工具一经兴起变得到全世界范围的广泛关注。
生物系统的层次化结构是合成生物学本质化的典型体现，合成生物学系统中最简单最基本生物模块被称为生物部件（part），它是自下而上的研究策略中基础部分，本文回顾了合成生物学中常用的生物部件级标准化使用方法，着重介绍了启动子和核糖开关的相关研究进展。
关键词：合成生物学生物部件生物元件1953年，年轻的J.D.Watson和F. Crick从DNA的X射线的X衍射图上解读了双螺旋结构，隐藏了几十亿年的生物密码逐渐露出端倪。
2003年人类基因组计划顺利完成，此后包括人类在内的各种生物的图谱纷纷出炉，生物遗传密码的神秘面纱正在被迅速揭开。
生物学由定性描述转向定量计算，从分析到设计，进入系统和合成生物学（synthetic biology）的的时代。
目前合成生物学的定义还处于多元化阶段，比较全面地可以概括为：合成生物学是指按照一定的规律和现有的知识，设计和建造新的生物部件、装置和系统，或重新设计已有的天然系统为人类的特殊目的服务。
从这个定义来看，合成生物学包含自下而上的研究策略和自上而下的研究策略，对于前者的探索是艰深而富有划时代意义的。
合成生物学最终期望是借鉴电子学的方法能能像“搭积木”一样构建基因线路，而这最基本的就是模块化元件。
我们称具有标准接口、功能相对独立生物大分子、信号转导路径、基因线路等为“模块”（module）或生物积块（BioBrick），模块的规模可大可小，大致可分为部件（part）、装置（device）、系统（System）及多细胞体系等几个层次，其中最基础的就是生物部件。
模块化设计体现了合成生物学的精髓，模块往往具有信息隐藏，内聚耦合，封闭性开放性的特性。
常见的生物部件按照功能可以分为启动子（promoter）、核开关（Riboswithch）、RBS、终止子、操纵子、蛋白编码基因（CDS）、报告基因、标签组件、操纵子等，当然这些分类层侧不是绝对的。
1.启动子1.1启动子的结构启动子是RNA聚合酶特异性识别和结合的DNA序列，在原核生物和真核生物中是有差别的。
1.1.1 原核生物中的启动子原核生物中的启动子通常，RNA聚合酶是依靠б因子识别DNA上的特定序列，б70是发现比较早也是比较常见的б因子，它通常特异识别启动子的-10和-35两个保守DNA盒子（如图1）。
图1原核生物中的启动子模式图1.1.2真核生物中启动子结构相比原核生物的启动子，真核生物的启动子比较复杂，RNA聚合酶Ⅱ核心启动子是一个在转录过程中关键的但又容易被忽略的元件。
核心启动子被定义为DNA的延伸，它涵盖了RNA的起始位点，典型的核心启动子大约有40到50核苷酸的长度，它指导基因转录的起始。
在过去，人们推测核心启动子在功能上是通用的，转录起始是通过一种共享通用的机制进行的。
最近的研究表明，各种核心启动子在结构和功能上都存在相当多的差异。
存在大量的DNA元件作用于核心启动子的活性，给定核心启动子的特定性能是由这些核心启动子修饰因子的有无决定的。
已知的核心启动子元件包括TATA盒子、Inr（起始子）、BREu｛ATA盒子的上游的BRE [TFⅡB（RNAⅡ聚合酶的转录因子）识别元件]｝和BREd（TATA盒子下游的BRE）、MTE（十基序元件）、DCE（下游核心元件）和DPE（下游核心启动子元件）（如图2）。
图2真核生物中启动子模式图1.2启动子的种类在合成生物学以及以前的生物学研究中，我们已经标准化了许多启动子元件（如表格1）。
最经典的启动子是乳糖操纵子中的乳糖启动子，它可以被乳糖诱导，实验中我们常用IPTG诱导；色氨酸启动子引人注意的特性是有一段弱化子，可以根据细胞环境中色氨酸的浓度调控后续基因的表达；tac启动子则是上述两种启动子的融合启动子，是典型常用的强启动子；Pl、Pr是噬菌体溶源和裂解生长状态转化及维持中的重要启动子，阻遏蛋白的温度敏感突变可以使其收温度诱导；PtetA基因也是很常用启动子之一，可以被脱水四环素诱导；T7启动子则是比较特殊一种启动子，对RNA聚合酶的种类有特异性。
表格1常见启动子的概述启动子名称英文表示调节基因诱导物备注乳糖启动子PlacZ lacI 异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)可诱导负反馈色氨酸启动子Ptrp trpR - trp 可阻遏负反馈（！弱化子）tac启动子Ptac lacIq IPTG、乳糖、温度敏感拼合启动子启动子Pl、Pr Pl/Pr cIts857 温度敏感可诱导负反馈四环素溢出泵基因启动子PtetA tetR蛋白家族四环素（Tc）脱水四环素（aTc）可诱导负反馈T7启动子Pt7 大肠杆菌的RNA聚合酶不能识别，但噬菌体及真核生物的RNA聚合酶可以1.3启动子的调控及意义为实现一些特定目的，微生物系统工程需要一些设计工具，这些工具以某种可预测的、定量的方式起作用。
在合成生物学的领域，基因之间级联调控很多都是发生在转录水平（如图3），而这些往往是在转录起始阶段起作用，也就是说与启动子有关，因此标准化设计启动子对整个系统的运转有重要意义。
图3在转录水平控制基因表达的设计工具在自下而上的研究策略中，我们往往用基因线路模拟一些电子学上的逻辑开关，从简单逻辑或与非，到双稳态开关，再到震荡子（如图4）实质上都是上面提到的启动子及其调控基因按照一定次序设计排列的结果。
此外，在合成生物学学术比赛iGEM中，相当多的队伍作品的关键都是发现或者标准化了一些有特殊功能启动子及其相关组件，比如感光、温度敏感、感受重金属离子等。
图4双稳态开关（左）及震荡子（右）的逻辑结构2．核糖开关在1991年，人们就发现E.coli的btuB基因转录产物5’-UTR存在高度保守序列，并发现Ado-cbl和B12可以使btnB基因表达，但没有发现可以与Ado-cbl结合的蛋白因子；1990年，Andrew从随即合成的RNA序列中筛选出特异性结合有机染料配体的RNA，并命名为“aptamer”（适体）；2002年，Breaker受到适体的启发，证明了这种天然适体的存在，命名为“核糖开关”。
到目前（2009年）为至已经发现了不少于12 个核糖开关（如表格2表格1），大部分是抑制性的（当存在相应代谢物时基因关闭）。
主要参与氨基酸、核苷酸、维生素等基础物质的代谢。
表格2一些已知的Riboswithch的名称、调节小分子和功能核糖开关中，mRNA 本身作为传感器,直接感受环境中相应代谢物的变化,结合代谢物后发生构象变化,在转录和翻译水平调节基因的表达。
核糖开关也是一种反馈调节机制,与以往发现的调节机制的区别是：它不需要任何蛋白质（乳糖操纵子）或核糖体（色氨酸弱化子）作为中介,由RNA 直接感受环境中代谢物的变化,通过形成选择性茎环结构,在转录延伸和翻译起始水平调节基因表达。
2.1核糖开关的作用机制已发现的细菌核糖开关均位于代谢相关基因mRNA的5′UTR，由2 个结构域组成:适体结构域(aptamer domain，AD) 和表达结构域( expression domain, EPD)。
AD 直接结合小分子代谢物，是RNA 传感器. 序列分析表明，在不同细菌的同类核糖开关中，AD 序列保守，形成高度相似的二级结构。
与配体结合后，AD 发生构象变化，信息传递至EPD ，后者通过形成选择性茎环结构，直接调节基因的表达。
不同核糖开关的EPD 可能利用不同的机制调节基因表达。
（如图5）目前发现的真核生物的核糖开关位于3′UTR 或内含子，也具有相似的AD 和EPD，可能在多个环节调节真核生物基因表达。
图5核糖开关的作用机制为研究核糖开关的作用机制，F.J.Isaacs等构建了人工的Riboswithch（如图6），这种转录后调控比转录水平的调控更加迅速。
基因正常表达时，启动子P控制gfp的表达。
转录形成的mRNA的RBS暴露在外，一旦核糖体识别并与之结合以后，mRNA既可以翻译成蛋白质。
而在人工构建Riboswithch中，在启动子Pcr和RBS中间插入一段与RBS互补的cr序列。
转录后mRNA5’与RBS结合形成发卡结构，将RBS掩盖阻止核糖体与之结合，从而组织翻译的进行。
另一个启动子Pta启动后表达一个短链非编码RNA——taRNA。
taRNA能以高度特异性优先定位于crRNA，共经过线性-环相互作用将crRNA的发卡环解开，taRNA的尾部与crRNA 互补配对。
此时，crRNA的RBS位点暴露在外，核糖体可与之结合重新激活翻译。
2.2核糖开关的应用2.2.1小分子抗菌药物riboswitch在人类细菌性病原体内分布广泛（如），预示着将riboswitch作为药靶将会有广阔的应用前景。
临床上一些常用抗菌药物的毒性机制已经被证实是以riboswitch为药靶的．例如吡啶磺胺(pyrithiamine，PT)，一种常用的硫胺代谢对抗物，是维生素B1 （Thiamine ，硫胺素）的类似物。
它在细胞内很容易磷酸化成吡啶磺胺焦磷酸盐PTPP)。
PTPP 可以与许多TPP riboswitch结合(其亲和性与TPP 类似)，从而抑制由TPP riboswitch控制的基因表达。
图6用于控制转录后基因调控的人工Riboswithch系统表格3一些含有Riboswithch调控的人类细菌性病原体2.2.2细菌趋向运动细菌的趋向运动的研究在生物降解、生物纳米、合成生物学等领域具有重要意义。
Shana Topp等人在大肠杆菌中设计一个通过小分子和mRNA来指导细菌运动的系统。
在野生型的大肠杆菌中，鞭毛马达的旋转方向有蛋白CheY控制，当CheY没有被磷酸化时，鞭毛马达逆时针旋转；当CheY被磷酸化后，CheY-P可以和鞭毛马达蛋白FliM结合，导致细胞滚动；因此野生型大肠杆菌可以在半固体琼脂上迁移。
然而，在CheZ蛋白缺失时，CheY-P不能去磷酸化，细胞只能翻滚不能迁移。
（如图7）研究人员在CheZ蛋白的编码基因前设计了核糖开关（如图8左），它只有和茶碱结合后才能改变构型与核糖体结合翻译出CheZ使细胞运动。
所以导致了改造后的大肠杆菌只会在有茶碱存在的区域迁移（如图8右）。
图7大肠杆菌CheY与其运动的关系图8Riboswithch设计（左）与实验结果（右）3.生物部件的讨论生物部件是最简单、最基本的生物积块，能有通过标准化的组装方法与其他part组装成更加复杂的模块。
目前，生物部件的数量和质量都达不到合成生物学所期望的要求。
