2021年合成生物学使能技术研讨会在天津成功举办

 合成生物学是21世纪最激动人心的科技前沿，正在改写生命科学研究和开发的范式，重塑世界经济的版图。物理、化学、数学、信息学、工程科学等与生命科学深度交叉，催生出基因合成、基因编辑、蛋白质设计、细胞设计、高通量筛选、高通量检测、实验自动化等一批使能技术（enabling technologies），对合成生物学的发展起到了重要的支撑和推动作用。其中，biofoundry（生命铸造厂）集成人工智能、自动化、高通量化等前沿技术，IT与BT紧密结合，正在大大加速生命的研究、改造和创造过程，促进科技成果的产业转化，吸引了世界发达国家政府部门、高校院所和企业的高度关注。

 “ 大会首先由中国科学院天津工业生物技术研究所副所长孙际宾研究员为大家致开幕辞。他表示，21世纪是生物世纪。合成生物学快速发展和突破，生物经济正在形成。人类发展时刻离不开工具的进步，历史上每一次工具的进步都推动我们认识世界和改造世界能力的巨大进步，带来新的生产力。天津工业生物技术研究所一直关注合成生物学前沿技术和工具的发展。早在2012年，研究所就建立起了国内首套复杂的合成生物学自动化设施，一直在研究所科技创新活动中发挥着重要的作用。这次会议聚集了国内合成生物学设施平台建设方面顶尖的科学家和企业家，期待大家立足于合成生物学高通量自动化设施当下发展的需要和问题，交流经验，分享思想，共同寻找未来的方向和道路，共同探索合作共赢机制。”

 “ 接下来，本次大会的协办单位丹纳赫生命科学的市场总监周伟华女士为本次大会致辞并介绍了丹纳赫生命科学与合成生物学的不解之缘。她说，这次会议的前身，工业微生物高端用户研讨会，已经举办过四届了。合成生物学也一直是丹纳赫生命科学持续关注和聚焦的核心领域。我们会持续从中国客户需求出发，围绕合成生物学，在高通量筛选、自动化整合、高通量测试等方面提供更多先进工作流解决方案。聚焦现有工作流，丹纳赫生命科学研究院在上海丹纳赫总部已经落成，立足大湾区和华南的第二家研究院明年也将在广州生物岛落成。从先进的设备到工作流程，丹纳赫中国生命科学研究院致力于为用户带来沉浸式的实际应用场景体验和实践。”

 “ 自动化的合成生物基因组编辑与高通量筛选是合成生物学研究中的重要使能技术之一。王猛团队首先在谷氨酸棒杆菌、枯草芽孢杆菌等模式菌株中建立了高通量自动化的碱基编辑技术，编辑通量达到9000位点/月。

 “ 得制造业者得天下。据经合组织(OECD)预测，2030年全球生物制造相关产业规模有望达到工业生产总值的35%。生物制造过程调控、优化、放大，工艺、工程、装备的一体化和智能化生产是我国实现从生物制造“大国”到“强国”的关键！阿维菌素由于广谱、高效、无残留、对动植物高度安全等突出优点，已在农业、畜牧业、医药等领域广泛应用。而且，以阿维菌素作为母体，还开发出了一系列活性更高、选择性更强、对动植物更安全的衍生产品，已经商业化的产品包括多拉菌素、伊维菌素、埃玛菌素等，在抗新冠病毒活性筛选中表现不俗，值得进一步对其体内外抗新冠病毒活性进行深入研究。如在此次疫情中，印度和巴西都有使用伊维菌素作为抗新冠药物使用，而世界范围内这一药物的主要原料产地均在中国生产，而相关专利技术亦为张立新教授团队所有。张立新教授团队助力我国的阿维菌素产业打破美国默克公司垄断的局面，作为第一完成人获得国家科技进步奖。”

 “ 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）是重要的氧化还原辅酶。扰动胞内NAD水平导致全局性应答，其生物学效应和表型变化难以预测。赵宗保研究员了提出基于非天然氧化还原辅酶的研究思路。他发现烟酰胺胞嘧啶二核苷酸（NCD）具有与NAD类似的理化性质；通过定向进化等蛋白质工程方法，创制了偏好NCD的突变型酶；构建了NCD介导的生物催化体系，用于选择性调控胞内氧化还原反应，突破了内源代谢网络的热力学限制；创制了NCD合成酶及NCD自给的微生物学表型。研究结果奠定了构筑非天然辅酶相关代谢子系统的基础，具有重要科学意义和应用潜力。他的研究还结合高通量筛选技术与平台建设，介绍了非天然辅酶的研究历程和最新成果，并展望了其在相关领域的应用。”

 “ LifeFoundry联合创始人晁然博士分享的主题是“利用算法驱动新一代合成生物学制造厂”。目前合成生物学工作流程仍然主要由科学家的脑力与手工操作驱动。速度慢，成本高，而且很容易出现人为错误和偏见。LifeFoundry公司自主开发了第二代生物合成系统，D.A.R.W.In.，可以实现代谢途径构建以及优化、基因组大规模扰动、高通量基因编辑、工业菌种筛选等研发流程。在此基础上，结合机器学习算法，可以实现生物系统设计-制造-加工-学习的闭环迭代。Biofoundry系统iBioFAB与D.A.R.W.In.作为自动化和高度通用的生物铸造厂，允许算法直接设计生物系统，协调工作流程，分析数据，并进一步为生物系统和生物系统操作建立抽象层级。”

 “ 贝克曼库尔特生命科学自动化高级产品专家隋欣煜为大家分享了’共享全球先进技术，助推合成生物学发展”的主题报告。丹纳赫生命科学旗下的众多运营公司，如贝克曼库尔特，美谷分子，SCIEX，徕卡艾杰尔菲诺美一直致力于为广大合成生物学的用户提供先进的硬件设施和解决方案。贝克曼库尔特自动化工作站，以高通量的液体处理平台和纳升级的精准移液为基础，配合机械臂和多种设备整合，提供个性化全自动化的解决方案，在提高实验通量和效率的同时保证高质量的实验结果，在基因组学实验、微生物筛选实验、蛋白质组学实验等各个合成生物学研究常用的实验中提供整体解决方案，为创建标准化、高效化、自动化的高质量实验室提供强有力的技术支持。“

 “ 中科院深圳先进技术研究院集成所精密工程研究中心主任何凯博士为大家分享的主题是“生物实验室自动化平台集成技术研究”针对生物实验室自动化平台需求，研发操作性强、集成度高的平台控制系统。基于OPC_UA技术，实现平台内设备自动化控制、设备互连、数据互通、实时监测和远程订阅。采用软件模块化设计提升控制系统可修订和可升级，软件冗余设计加强控制系统的可靠性，多流程优化算法提高设备的利用率并提升实验室自动化平台的运行效率。自动化平台系统之间可以通过服务器和客户端进行安全高效的通讯，集成软件的分布式功能提高了系统的柔性和可拓展性，最后通过实验验证生物实验室自动化平台集成系统的有效性。”

 “ 武汉大学刘天罡教授是合成生物学领域知名专家，这次他为大家带来了“基于高效底盘的天然产物高产与创新发现”的精彩分享。报告针对复杂天然产物生产效率低、发现速度慢两个难题进行攻关，基于对于多酶合成途径的系统认知为指导打造了多个高效微生物底盘细胞，实现多种天然产物的高效制造。主要内容为：1. 体外重建甲羟戊酸途径，指导法尼烯高效合成，首创以法尼烯为中间体合成维生素E新工艺并成功投产，累计产值20亿以上，获湖北省科学技术进步一等奖；2. 通过人工蛋白骨架技术和联合脂类储存技术，实现酿酒酵母高效合成番茄红素，并实现工业化生产；3. 将高产底盘用于萜类骨架挖掘，实现复杂萜类Englenin A高效化学半合成；4.大幅度提升乳酸链球菌素 、庆大霉素B、马度米星等工业菌株发酵水平。”

 “ 中国科学院深圳先进技术研究院司同研究员为大家分享了题为 “AI-assisted enzyme engineering on a biofoundry ”的报告。他的报告指出，酶在生物催化和生物制造中起着不可或缺的作用。由于缺乏合理的设计规则，工业相关酶催化剂的开发在很大程度上依赖于高通量筛选。质谱（MS）利用天然底物进行无标记酶分析，普遍适用。但是，MS的分析速度被认为是限速步骤，这主要是由于在传统MS分析中使用了耗时的色谱分离。司同团队开发了一系列新的质谱方法，用于直接将分析物引入质谱仪，而无需事先进行色谱步骤，因此可以在几秒钟内分析每个样品。将高通量MS模块与合成生物学铸造厂集成，以实现酶工程工作流程的自动化和标准化，这也产生了高质量的数据，允许智能变体设计，通过机器学习加速酶优化。”