合成生物学概念诞生于21世纪初，它是一门综合生物学和计算科学等学科理念的新型交叉学科。它的研究内容包含两部分:设计和构建新颖的人造生物代谢途径、生物装置和生命系统;以更好服务人类为目重设计现有的生命系统。DNA的模块化和标准化组装是其技术基础。2003年麻省理工学院的Tom Knight等人建立了DNA标准化组装第一个标准-BioBricks，其使用EcoRⅠ、NotⅠ、XbaⅠ、SpeⅠ和PstⅠ的识别位点作为标准元件的接口，可实现BioBricks标准化元件迭代拼接。BioBricks第一次把工程学的标准化理念引入到生物学中，引起生物学研究思维方式变革。BioBricks及其改进版本迅速得到广泛运用，但其具有一个重大弱点:它采用的接口序列太短，在天然DNA中出现频率很高，导致科研工作者在进行DNA组装时必须先去除这些位点以免元件完整性被破坏，这无疑极大地增大了DNA组装工作的的工作量和成本。为了解决这个问题，开发了一套新的DNA组装标准——iBrick。iBrick用Ⅰ-SceⅠ识别位点作为标准化元件的前缀接口，用PⅠ-PspⅠ识别位点作为后缀接口。由于Ⅰ-SceⅠ识别位点为24bp，PⅠ-PspⅠ识别位点为29bp，故它们在天然DNA中含量极低，在进行DNA组装时研究人员不用考虑元件内部是否含有接口序列。利用iBrick标准组装了包含3个功能基因和1个可诱导启动子的番茄红素生物合成基因簇。萃取了其在大肠杆菌中的表达产物并用液相串联质谱进行了鉴定，结果表明拼接得到的基因簇成功将焦磷酸法尼酯转化得到了番茄红素。为了显示iBrick在大片段DNA组装中的优势，组装了链霉菌中29kb放线紫红素合成基因簇并成功使其进行了异源表达。　　放线菌是抗生素的主要产生菌，随着致病菌耐药性发展，新抗生素的发掘变得越来越急迫。为了实现这个目的，科研人员需要开发新的基因簇克隆方法进行基因组探矿搜寻新的抗生素生物合成基因簇。转化介导重组技术被广泛用于获取大片段DNA，它利用酵母强大的同源重组能力可克隆多种基因组上大片段DNA。但该方法在克隆高GC含量的DNA如大多数放线菌基因组DNA时遇到了困难。为了解决这个问题，开发了可一步克隆放线菌基因组大片段DNA的方法——iCatch。用iCatch成功地克隆了天蓝色链霉菌的放线紫红素合成基因簇，在经过限制性片段长度多态性验证后在Streptomyces sp.4F中进行了异源表达。　　CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)系统是存在于原核生物中的一种获得性免疫系统。Cas蛋白可在CRISPR RNA(crRNA)介导下切割靶标DNA。在切割其他DNA时只需要重新设计crRNA而不需要对Cas蛋白进行改造，因此其被迅速开发成一种优越的基因组编辑工具。目前发现有2类6型CRISPR系统，在基因组编辑上运用的主要是第二类Ⅱ型和Ⅴ型CRISPR系统，如CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas12a等。为了拓展基因组编辑工具箱，鉴定新颖的Cas蛋白，以FnCas12a氨基酸序列为查询序列，通过BlastP检索得到了76个候选蛋白并合成了其中10个Cas12a编码基因。经过初步酶切活性鉴定发现CmaCas12a的酶切活性受pH和盐浓度调控，还可能受氧气浓度调控。在一定范围内CmaCas12a的活力随pH降低而升高，随NaCl浓度降低而升高。由于CmaCas12a在正常环境下没有活力而在酸性条件下具有活力，其或许可用来选择性杀死癌细胞。　　综上所述，为了克服BioBricks的缺点，开发了iBrick拼接标准，并在iBrick指导下成功拼接了4.5kb的番茄红素生物合成基因簇和29kb的放线紫红素生物合成基因簇。为了能更有效地获取放线菌的次级代谢基因簇，以iBrick标准为基础开发了iCatch，并成功获取了放线紫红素生物合成基因簇。还表征了一种新的独特的Cas12a蛋白-CmaCas12a。