中國(guó)科學(xué)院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所 上海 200032

近年來，合成生物學(xué)的興起和迅速發(fā)展引起了國(guó)內(nèi)外科技界的高度重視，相繼建立了一些合成生物學(xué)的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)。美國(guó)的合成生物學(xué)工程研究中心成立于 2006 年，隨后加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院等成立了各自的合成生物學(xué)中心。英國(guó)自 2009 年建立第一個(gè)合成生物學(xué)研究中心以來，又建立了 7 個(gè)多學(xué)科交叉的合成生物學(xué)研究中心和 1 個(gè)產(chǎn)業(yè)中心，有超過 30 所大學(xué)成立了大大小小的合成生物學(xué)研究中心。另外，法國(guó)成立了系統(tǒng)與合成生物學(xué)研究所，德國(guó)成立了合成微生物學(xué)中心等。

中國(guó)科學(xué)院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于 2008 年 12 月成立，是國(guó)內(nèi)第一個(gè)合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。隨后成立了中國(guó)科學(xué)院系統(tǒng)微生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微生物生理與代謝工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生物燃料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生物基材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等。2012 年，天津大學(xué)化學(xué)化工協(xié)同創(chuàng)新中心建立了合成生物學(xué)研究平臺(tái)；2015 年，清華大學(xué)和北京大學(xué)建立了合成生物學(xué)研究中心；2017 年，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院成立合成生物學(xué)研究所。

中國(guó)科學(xué)院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室定位為合成生物學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)研究。實(shí)驗(yàn)室以發(fā)展合成生物學(xué)基礎(chǔ)理論和創(chuàng)新使能技術(shù)為主導(dǎo)，建立合成生物學(xué)關(guān)鍵工程平臺(tái)；針對(duì)能源、環(huán)境、健康等方面的國(guó)家需求，在分子、細(xì)胞和微生物菌群等層次上，實(shí)施合成生物學(xué)創(chuàng)制；并通過轉(zhuǎn)化研究，推動(dòng)科研成果產(chǎn)業(yè)化。

1 主要研究方向

實(shí)驗(yàn)室面向合成生物學(xué)前沿領(lǐng)域，面向資源、醫(yī)藥、制造和環(huán)境等國(guó)家重大需求，創(chuàng)新合成生物學(xué)理論與技術(shù)，建立并發(fā)展關(guān)鍵使能技術(shù)的工程化平臺(tái)，培育及發(fā)展合成生物學(xué)創(chuàng)制鏈。包括以下 3 個(gè)主要研究方向。

（1）合成生物學(xué)理論與方法學(xué)基礎(chǔ)研究。研究人工生物系統(tǒng)（包括基因線路與基因組工程）的設(shè)計(jì)原理；研究核酸和蛋白質(zhì)器件的鑒定、設(shè)計(jì)、合成及優(yōu)化；研究生物網(wǎng)絡(luò)和底盤的構(gòu)成及調(diào)控原理；建立全細(xì)胞數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)生物系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與模擬。

（2）合成生物學(xué)使能技術(shù)創(chuàng)新與工程化。建立標(biāo)準(zhǔn)化通用型生物器件庫；開發(fā)核酸和蛋白質(zhì)合成及組裝技術(shù)；開發(fā)底盤細(xì)胞高效遺傳操作與編輯技術(shù)；開發(fā)功能分子、代謝網(wǎng)絡(luò)及表型的新型檢測(cè)分析技術(shù)。

（3）合成生物學(xué)創(chuàng)制鏈的培育與發(fā)展。針對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的重大需求與挑戰(zhàn)，創(chuàng)新和集成實(shí)用生物技術(shù)，形成工程化技術(shù)平臺(tái)；實(shí)現(xiàn)重要功能代謝物的合成生物學(xué)創(chuàng)制；通過“生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)問題—研究提供方案—解決生產(chǎn)問題”的轉(zhuǎn)化型研究模式，實(shí)現(xiàn)科研與生產(chǎn)緊密結(jié)合，推動(dòng)科研成果產(chǎn)業(yè)化。

2 隊(duì)伍建設(shè)

實(shí)驗(yàn)室擁有一支結(jié)構(gòu)合理、創(chuàng)新能力強(qiáng)、富有活力的研究隊(duì)伍?，F(xiàn)有人員總數(shù)為 125 名；其中固定人員為 59 名，包括研究員 13 名、副研究員 9 名、高級(jí)工程師 1 名、高級(jí)實(shí)驗(yàn)師 2 名。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有中國(guó)科學(xué)院院士 1 名、國(guó)家杰出青年基金獲得者 3 名、優(yōu)秀青年基金獲得者 1 名、“中組部青年千人計(jì)劃”入選者 2 名、中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”入選者 6 名、上?！捌纸瞬庞?jì)劃”入選者 4 名。研究隊(duì)伍年輕、富有活力，其中 40 歲以下的研究人員 44 名，占固定人員總數(shù)的 75%。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有博士后 5 名，博士研究生 38 名，碩士研究生 23 名。實(shí)驗(yàn)室從學(xué)科發(fā)展和研究隊(duì)伍結(jié)構(gòu)完善出發(fā)，積極引進(jìn)人才，構(gòu)建合理的研究隊(duì)伍結(jié)構(gòu)；積極創(chuàng)造條件，鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)合作，促進(jìn)中青年學(xué)科帶頭人的迅速成長(zhǎng)。

3 研究生培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)室發(fā)揮人才培養(yǎng)基地的作用，做好研究生培養(yǎng)工作。2017 年在讀研究生 78 名，其中碩士研究生 29 名，博士研究生 49 名。2008—2017 年，出站博士后 25 名。在 123 名畢業(yè)研究生中，2 人獲中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)，1 人獲中國(guó)科學(xué)院優(yōu)秀博士學(xué)位論文，12 人獲得國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金。2014 年開始為研究生開設(shè)了合成生物學(xué)的專業(yè)課程《微生物系統(tǒng)與合成生物學(xué)》，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的優(yōu)秀專家前來授課。實(shí)驗(yàn)室全方位地關(guān)心學(xué)生們的成長(zhǎng)，充分調(diào)動(dòng)他們的工作積極性和主動(dòng)性，使他們成為活躍在科研第一線的生力軍。

4 能力建設(shè)和技術(shù)平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)室多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)，建立了谷氨酸棒桿菌、絲狀真菌等 10 余種工業(yè)微生物的基因組編輯技術(shù)，建立了 7 種 DNA 高效組裝與編輯技術(shù)以及 RNA 精準(zhǔn)編輯技術(shù)，構(gòu)建了天然產(chǎn)物合成元件庫、重組酶庫以及一系列底盤細(xì)胞，極大縮短了人工生物系統(tǒng)的構(gòu)建時(shí)間。建立了代謝流量組與代謝組分析技術(shù)平臺(tái)、多維組學(xué)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)平臺(tái)，指導(dǎo)人工生物系統(tǒng)的構(gòu)建過程。

實(shí)驗(yàn)室公用儀器平臺(tái)現(xiàn)有通用儀器設(shè)備約 20 臺(tái)件，價(jià)值約 1 500 萬元。主要包括氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、液相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀、核磁共振分析儀、高效液相-三重四極桿-線性離子阱液質(zhì)聯(lián)用儀、分析型高壓液相儀、（半）制備型高壓液相儀、熒光分光光度計(jì)、大容量冷凍高速離心機(jī)、高速/超速離心機(jī)、膜片鉗放大器，以及多套電腦程控的發(fā)酵罐裝置等。價(jià)值超過 50 萬元的儀器設(shè)備 7 臺(tái)。

2008—2017 年，實(shí)驗(yàn)室主持和承擔(dān)了 201 項(xiàng)研究項(xiàng)目，其中國(guó)家級(jí)和省部級(jí)項(xiàng)目 140 項(xiàng)；主持國(guó)家“973”計(jì)劃項(xiàng)目 1 項(xiàng)，“973”計(jì)劃課題 12 項(xiàng)，“863”計(jì)劃課題 9 項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體項(xiàng)目 1 項(xiàng)、重點(diǎn)項(xiàng)目 2 項(xiàng)、面上項(xiàng)目 24 項(xiàng)，中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程項(xiàng)目 10 項(xiàng)、重點(diǎn)部署項(xiàng)目 4 項(xiàng)、科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃（STS）項(xiàng)目 1 項(xiàng)；到位經(jīng)費(fèi) 14 263.17 萬元，人均經(jīng)費(fèi) 269 萬元。趙國(guó)屏院士主持的“973”項(xiàng)目“新功能人造生物器件的構(gòu)建及集成”（2012—2016 年），項(xiàng)目結(jié)題驗(yàn)收與財(cái)務(wù)驗(yàn)收結(jié)果均為優(yōu)秀。

2008—2017 年，實(shí)驗(yàn)室共發(fā)表 SCI 論文 400 余篇，其中在 Nature、Science、Nature Chemical Biology 和 PNAS 等權(quán)威刊物上發(fā)表論文 69 篇；申請(qǐng)專利 127 項(xiàng)，授權(quán)專利 74 項(xiàng)，其中“D-氨甲酰水解酶的突變體及其應(yīng)用”獲 2015 年第十七屆中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)；與浙江海正藥業(yè)公司合作，多拉菌素、尼莫克汀和米爾貝霉素實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值 7.8 億元，“基因組工程構(gòu)建多拉菌素工業(yè)生產(chǎn)菌及其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”獲 2014 年上海市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；與多家企業(yè)合作生產(chǎn)重組酶、氨基酸及醫(yī)藥中間體，累計(jì)銷售額 147.9 億元，“酶工程技術(shù)體系創(chuàng)新及其在氨基酸與醫(yī)藥中間體生產(chǎn)上的應(yīng)用”獲 2015 年上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2016 年度中國(guó)科學(xué)院科技促進(jìn)發(fā)展獎(jiǎng)。