具体描述
Problem Solving in Physiology, First Edition encourages critical thinking/reasoning as it develops both quantitative and qualitative problem-solving skills through the use of "applied" problems and scenarios. All problems are categorized by body systems. This book asks what it means to understand physiology and then focuses on solving physiology problems pertaining to body systems including muscular, nervous, cardiovascular, respiration, renal, endocrine and gastrointestinal.
《现代生物工程学前沿：理论、技术与应用》 图书简介 本书旨在全面、深入地探讨现代生物工程领域最前沿的理论基础、核心技术及其在生命科学、医学、农业和工业等多个关键领域的广泛应用。它不仅系统梳理了分子生物学、基因组学和蛋白质组学等基础学科的最新进展，更着重于将这些理论知识转化为实际工程能力的转化路径和工程设计原理。本书力求成为连接基础研究与工程实践之间的桥梁，为从事生物技术研发、产业化以及相关学科学习的高级本科生、研究生及专业研究人员提供一份既具深度又具实用性的参考指南。 第一部分：生物工程的理论基石与技术革新 第一章：生命系统的复杂性与系统生物学导论 本章首先回顾了分子生物学的核心发现，强调了基因、蛋白质及其相互作用网络在生命活动中的中心地位。随后，深入介绍了系统生物学的基本理念，即不再将生物体视为孤立组件的集合，而是将其视为一个相互连接、动态平衡的复杂网络系统。我们将探讨如何运用数学建模、计算模拟和高通量数据分析来解析这些复杂网络的稳态调控机制、信号传导通路以及对环境变化的响应模式。重点解析了代谢网络重构（Metabolic Network Reconstruction）和基因调控网络（Gene Regulatory Networks, GRNs）的构建方法与应用潜力，特别是它们在理解疾病发生机制中的重要作用。 第二章：基因编辑技术的高级应用与伦理考量 基因编辑技术，特别是CRISPR-Cas系统，已彻底改变了生命科学研究的面貌。本章将超越基础的基因敲除和敲入操作，详细阐述近年来发展起来的各类高级编辑工具，包括碱基编辑（Base Editing）、先导编辑（Prime Editing）的分子机制、效率优化策略以及脱靶效应的控制方法。此外，将深入探讨基因驱动系统（Gene Drive Systems）在种群遗传学中的应用潜力及其引发的生态安全和生物伦理的深刻讨论。本章将结合实际案例，分析如何根据不同的研究目标（如疾病模型构建、基因治疗载体设计）选择最合适的编辑工具集。 第三章：合成生物学的设计原理与标准化元件 合成生物学（Synthetic Biology）的核心在于像工程师一样设计和构建新的生物系统。本章详细阐述了生物工程设计中的“模块化”和“标准化”思想。我们将系统介绍生物元件库（BioBricks）的构建、存储和评估标准，以及如何设计功能性的遗传振荡器、逻辑门电路和开关系统。讨论的重点在于如何量化生物元件的性能（如启动子强度、mRNA稳定性）并建立可靠的设计-构建-测试-学习（DBTL）循环，以实现对复杂生物功能（如新型代谢通路或细胞命运决定）的精确控制。 第二部分：关键生物技术的工程化实现 第四章：高通量组学数据的解析与数据科学 现代生物学研究产生了海量数据，如何从这些数据中提取有意义的生物学信息是当前研究的瓶颈。本章专注于组学数据的生物信息学处理流程。内容涵盖从原始测序数据质量控制、比对、定量到差异表达分析的全过程。重点介绍单细胞测序技术（scRNA-seq, scATAC-seq）的数据集成、降维算法（如UMAP, t-SNE）的选择与应用，以及如何利用机器学习和深度学习模型来识别生物标记物、预测蛋白质结构（如AlphaFold的原理与局限）。 第五章：蛋白质工程与结构生物学的新范式 蛋白质是生命活动的主要执行者，对其结构和功能的精确设计是生物工程的核心任务之一。本章深入探讨了定向进化（Directed Evolution）、理性设计（Rational Design）在酶催化剂、抗体片段和新型受体设计中的应用。详细介绍冷冻电镜（Cryo-EM）技术如何实现高分辨率的分子结构解析，以及如何将结构信息反馈到蛋白质的理性突变设计中，以提高其热稳定性、催化效率或靶向特异性。讨论的重点还将放在设计新型蛋白质支架和多价分子以实现复杂的生物学功能。 第六章：生物反应器设计与过程优化 从实验室的瓶瓶罐罐到工业级的生物制造，生物反应器（Bioreactor）的设计与操作是实现生物技术产业化的关键。本章侧重于工程学原理在生物过程中的应用。内容包括不同类型反应器（如搅拌罐式、气升式、固定床式）的流体力学特性、传质和传热的量化分析。重点讲解如何通过过程分析技术（PAT）实时监测关键参数（如溶解氧、pH、细胞活力），并结合先进的控制策略（如模型预测控制, MPC）实现高密度细胞培养和目标产物的最大化收率。 第三部分：前沿应用与未来展望 第七章：先进细胞与基因治疗的载体工程 细胞和基因治疗代表了精准医学的未来方向。本章聚焦于开发高效、安全的治疗载体。内容包括腺病毒、慢病毒、腺相关病毒（AAV）的包装效率优化、血清型选择以及免疫原性评估。同时，深入探讨了非病毒载体（如脂质纳米颗粒, LNP）在递送mRNA和基因编辑工具方面的突破性进展及其在体内的靶向递送策略。本章也审视了当前临床转化中面临的规模化生产挑战和质量控制标准。 第八章：微生物细胞工厂的代谢工程与生物燃料 微生物作为“细胞工厂”在可持续化学品和能源生产中具有巨大潜力。本章详细介绍了代谢工程（Metabolic Engineering）的工具箱，包括基因组编辑、代谢流分析（Metabolic Flux Analysis, MFA）以及CRISPRi/a技术对目标代谢通路的精确调控。重点分析如何通过优化宿主菌株（如大肠杆菌、酵母）的中心代谢，实现高产率地合成生物燃料（如生物丁醇、生物柴油前体）和高价值的精细化学品，并讨论了发酵过程的经济可行性评估。 第九章：环境生物工程与生物修复技术 面对日益严峻的环境挑战，生物工程提供了创新的解决方案。本章探讨了利用基因工程改造的微生物或植物进行污染治理（Bioremediation）的原理和实践。内容涉及对重金属富集植物的改造、利用工程菌降解持久性有机污染物（POPs）的分子机制。此外，还将介绍生物传感器（Biosensors）的设计，用于环境中有害物质的快速、灵敏检测，以及如何将这些技术集成到环境监测和可持续生态系统中。 结语：生物工程的跨学科融合与伦理前沿 本书最后总结了生物工程作为一门高度交叉学科的本质，强调计算科学、工程学、生物学和材料科学的深度融合是推动下一轮技术革命的驱动力。同时，对AI在生物系统设计中的作用、全球生物安全标准的制定以及新兴技术带来的社会责任进行了前瞻性的探讨，旨在激发读者对未来生物工程领域挑战和机遇的深刻思考。
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