运用合成生物学发现天然生物活性抗感染药物的开发

各有关单位：

为促进合成生物学与智能制造，抗感染药物研发等领域的交流与发展，深入交流合成生物学和病原菌新型防治的最新国际研究动态，研讨关键技术突破，为从事合成生物学和药物发现等工作的人员提供必要的基础知识和先进技能培训，全面提升理论与实践水平，必须掌握运用合成生物学发现天然生物活性抗感染药物的开发技能。

运用合成生物学发现天然生物活性抗感染药物的开发是一个综合性的过程，主要包括以下几个方面:

基因挖掘与筛选:利用合成生物学技术，从微生物、植物等天然资源中挖掘具有抗感染活性的基因。通过高通量筛选技术，快速筛选出具有潜力的候选基因。

生物合成途径优化:对候选基因的生物合成途径进行优化，提高目标产物的产量和纯度。通过合成生物学手段，对代谢途径进行工程化改造，增强关键酶的活性，减少副产物的生成。

药物分子设计与合成:基于挖掘到的活性基因，设计并合成具有特定结构的抗感染药物分子。利用合成生物学的模块化设计原理，将不同功能的基因模块组合在一起，构建出具有高效抗感染活性的药物分子。

安全性与有效性评估:对合成的药物分子进行安全性和有效性评估，确保其符合临床应用标准。通过体内外实验，验证药物分子的抗菌谱、药效学特性及毒理学性质。

综上所述，运用合成生物学技术可以加速天然生物活性抗感染药物的发现与开发过程，为应对耐药菌感染等公共卫生挑战提供新的解决方案。

会议地点：线上直播（具体地点通知给已报名人员）

会议时间：2024年11月23日-24日

培训内容及主讲老师

目录

一、基因挖掘与筛选

1.1.挖掘策略

1.1.1. 合成生物学应用:利用合成生物学技术，从微生物、植物等天然资源中挖掘基因。

1.1.2. 目标特性:专注于具有抗感染活性的基因。

筛选流程

1.2.高通量筛选:

1.2.1.高通量筛选技术的工作原理是什么?

1.2.2.如何采用高通量筛选技术，快速处理大量基因样本。

1.2.3.候选基因确定:基于抗感染活性，筛选出具有潜力的候选基因。

1.2.4.总结

结合合成生物学与高通量筛选技术，有效挖掘并筛选出具有抗感染活性的候选基因，为新药研发等应用领域提供重要基因资源。

1.3.如何评估候选基因的抗感染活性?

1.4.基因挖掘与筛选过程中可能面临哪些挑战?

二、生物合成途径优化

生物合成途径优化是一个复杂但至关重要的过程，它涉及到通过合成生物学的方法对生物体内的代谢途径进行精细调控，以提高目标产物的产量和纯度。

2.1.代谢途径的工程化改造

2.1.1.基因编辑:利用CRISPR-Cas9等基因编辑技术，对目标生物体进行精确的基因修改，以引入或删除特定的代谢途径基因。

2.1.2.途径重构:通过重新设计代谢途径，使其更加高效地产生目标产物。这可能包括引入新的酶、改变酶的排列顺序或优化酶的活性。

2.2增强关键酶的活性

2.2.1酶工程: 通过蛋白质工程手段，如定向进化、理性设计等，提高关键酶的催化效率和稳定性。

2.2.2.表达调控:利用转录因子、启动子等调控元件，增强关键酶基因的表达水平，从而增加酶在细胞内的含量。

2.3.减少副产物的生成

2.3.1.途径优化:通过调整代谢途径中的酶活性和底物浓度，减少不必要的副产物生成。

2.3.2.基因敲除:利用基因编辑技术敲除产生副产物的基因，从而降低副产物的产量。

2.4.实时监测与反馈控制

2.4.1.生物传感器:开发能够实时监测目标产物和副产物浓度的生物传感器。

2.4.2.动态调控:根据生物传感器的反馈，动态调整代谢途径中的酶活性或基因表达水平，以实现最优的生产状态。

2.5.系统整合与优化

2.5.1.多尺度建模:利用计算机模拟和数学建模方法，对代谢途径进行多尺度建模和预测。·高2.5.2. 通量筛选:结合高通量筛选技术，快速评估不同代谢途径改造方案的效果。

方法，对代谢途径进行多尺度建模和预测。·

高通量筛选: 结合高通量筛选技术，快速评估不同代谢途径改造方案的效果。

2.5.3.进化工程:通过长期的选择和适应，使生物体在进化过程中逐渐优化其代谢途径。

2.6.如何进行生物合成途径优化的效果评估?

2.7. 生物合成途径优化过程中可能面临哪些挑战?

综上所述，生物合成途径优化是一个涉及多个层面和技术的复杂过程。通过综合运用这些手段，可以有效地提高目标产物的产量和纯度，为生物制造和工业生产带来显著的经济效益和环境效益。

三、药物分子设计与合成

药物分子设计与合成是一个复杂而精细的过程，特别是当基于挖掘到的活性基因来设计具有特定结构的抗感染药物分子时。这一过程不仅需要对生物学、化学和药学有深入的理解，还需要利用现代科技手段，如合成生物学和模块化设计原理。以下是一个简化的步骤说明，描述了如何基于活性基因设计和合成抗感染药物分子:

3.1.活性基因的挖掘与鉴定:

利用基因测序、生物信息学分析等方法，从微生物、植物或其他生物资源中挖掘具有潜在抗感染活性的基因。

通过实验验证，如基因表达、功能筛选等，鉴定这些基因的活性，并确定它们与抗感染作用的相关性。

3.2.药物靶点的确定:

根据挖掘到的活性基因，确定其编码的蛋白质或酶作为潜在的药物靶点。

利用结构生物学技术，如X射线晶体学、核磁共振等，解析靶点的三维结构，为药物设计提供基础。

3.3.药物分子的设计:

基于靶点的结构特征，利用计算机辅助药物设计(CADD)技术，设计出能够与靶点特异性结合的药物分子。

考虑药物的理化性质、药代动力学特性以及潜在的毒性，优化药物分子的结构。

3.4.模块化设计与合成:

·应用合成生物学的模块化设计原理，将不同功能的基因模块(如编码特定化学反应的酶模块)组合在一起。

·通过基因工程手段，将这些模块导入到合适的生物体内，利用生物体的代谢途径合成药物分子或其前体。

3.5.药物分子的合成与纯化:

·在实验室或工业规模上合成药物分子，可能包括化学合成、生物转化或两者结合的方法。

·通过适当的纯化步骤，去除杂质，获得高纯度的药物分子。

3.6.药物活性与安全性评估:

·在细胞水平、动物模型或临床试验中评估药物的抗感染活性、药效学、药代动力学以及安全性。

根据评估结果，进一步优化药物分子，或进行临床前和临床试验。

3.7.药物的开发与注册:

·完成所有必要的临床前和临床试验后，提交药物注册申请。

·获得监管机构的批准后，进行药物的生产、市场推

四、安全性与有效性评估

对合成的药物分子进行安全性和有效性评估，确保其符合临床和监管要求，主要包括以下几个方面:

4.1. 药物安全性和有效性的定义及重要性

药物安全性是指药物在给定剂量下，在正常或异常使用条件下，对人体产生不良反应的风险程度。这包括药物的副作用、毒性反应、过敏反应、依赖性及潜在的长期影响等方面。

药物安全性评估的目的是确保新药在上市前能够被合理地评估其潜在风险，并在上市后持续监测其安全状况。

4.2. 药物安全性评估的方法和技术

药物安全性评估主要包括临床试验、非临床试验和上市后监测等多种方法。

临床试验是评估药物安全性的重要手段，通过随机、双盲、对照等设计，对药物的安全性和有效性进行综合评价。

非临床试验包括药理、毒理、药代动力学等研究，为临床试验提供理论支持。

上市后监测则是对已上市药物进行持续的安全性评价，及时发现并处理潜在的安全问题。

4.3. 药物安全性评估的监管政策和法规

各国药品监管机构对药物安全性评估有严格的法规要求。

例如，国家药监局要求对抗肿瘤药物临床试验中的SUSARa进行分析和处理，以确保患者的安全。此外，WHO对mRNA疫苗的质量、安全性和有效性也有严格的评估标准。

通过以上方面的评估和监管，可以确保合成的药物分子在临床使用中既能发挥治疗效果，又能保证患者的安全。

五、合成生物学在发现天然生物活性抗感染药方面取得的进展

合成生物学在发现天然生物活性抗感染药方面取得了显著进展。以下是几个主要方面的研究进展:

5.1.微生物天然产物的挖掘

合成生物学技术通过生物信息学分析和基因编辑等手段，有效挖掘微生物基因组中的沉默基因簇，发现了大量新型天然产物，这些产物具有潜在的抗感染活性。

5.2.生物合成途径的重构与优化

研究人员利用合成生物学原理，设计和重构天然产物的生物合成途径，提高了产量和纯度，为抗感染药物的工业化生产提供了可能 2。

5.3.新靶点的发现与药物设计

结合化学生态学和中医经典理论，科学家们发现了新的抗菌靶点，并基于这些靶点设计合成了具有高效抗菌活性的先导化合物，如针对细菌内膜磷脂酰甘油的黄酮类化合物。

5.4.跨学科合作与技术创新

合成生物学的研究涉及生物学、化学、工程学等多个学科，跨学科合作促进了技术创新，加速了抗感染药物的研发进程。

这些研究进展不仅丰富了抗感染药物的种类，也提高了药物的疗效和安全性，

5.5典型的合成生物学抗感染药物

5.6.合成生物学抗感染药物的优势

5.7.未来合成生物学在药物研发中的展望

主讲老师：

董博士 在运用合成生物学发现天然生物活性抗感染药物的开发方面有近二十多年的微生物天然产物的挖掘、生物合成途径的重构与优化、新靶点的发现与药物设计与开发研究经验， 包括高通量筛选技术、生物酶工程改造，基于挖掘到的活性基因，设计并合成具有特定结构的抗感染药物分子，利用合成生物学的模块化设计原理，将不同功能的基因模块组合在一起，构建出具有高效抗感染活性的药物分子研究等方面有丰富的实战经验。协会特聘专家。

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