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全球首个合成生物研究重大科技基础设施落户光明

2019-06-18 10:16 来源:南方日报 杜艳 通讯员 丁宁宁 严偲偲

  5月9日,国际合成生物设施联盟(下称“GBA”)在日本神户正式成立。该联盟由美国劳伦斯伯克利国家实验室、英国帝国理工学院、中国科学院深圳先进技术研究院(下称“深圳先进院”)等来自全球8个国家的16所顶尖合成生物设施机构联合发起。

  同日,该消息在知名杂志《自然通讯》上在线发布,深圳合成生物研究重大科技基础设施首席科学家、深圳先进院合成生物学研究所(筹)所长刘陈立研究员,傅雄飞研究员为文章共同作者。文中指出,GBA将共享基础设施、开放标准、分享最佳案例、互通数据资源,以在全球推动合成生物设施建设为目标,共同应对可持续发展等全球性科学挑战。

  据悉,深圳已于2018年启动筹建合成生物研究重大科技基础设施,项目设备总投资近10亿元,是合成生物领域全球首个大科学装置。

  自动化“生物工厂”像组装机器一样组配生物

  “如果说合成生物学研究是像组装机器一样组配生物,那么合成生物设施便是将这个组配过程由劳动密集型的人工作业,转变为大规模自动化的机器生产。”据刘陈立介绍,合成生物设施为合成生物学在学术研究和转化应用上提供了工程化平台。

  据了解,合成生物往往具有高度复杂性,这决定了其需要海量的工程化试错性实验,合成生物设施通过建立基于信息物理系统的智能生产单元,引入个性化定制与互联网工厂理念,能够快速、低成本、多循环地完成“设计—构建—测试—学习”的闭环,实现合成生物的远程定制、异地设计、规模经济生产等。

  合成生物设施的效率有多高?一组数据足以证明:美国伊利诺伊大学香槟分校的合成生物设施每天可建造多达1000个特定序列蛋白,每个造价不到3美元,成本仅为人工制造的3‰;英国爱丁堡合成生物设施每周可处理2000多个DNA组装反应,产量是人工作业的20倍。

  可以说,合成生物设施对于合成生物学这一新兴学科具有重要促进作用,是应对经济社会发展需求和国家安全重大问题的重要技术平台,也是国家综合科技实力的典型代表;是为探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革提供前沿研究手段的大型复杂科学研究系统。

  参与国际标准制定引领生物学智能制造变革

  合成生物设施的优势显而易见,然而,从各设施单位过去的交流中发现,设施建设普遍面临以下挑战:缺乏统一的实验流程及数据处理标准,存在跨国知识产权争议及国际法律问题,缺少合成生物技术专业人才。

  在此背景下,国际合成生物设施联盟应运而生。据介绍,GBA致力于促进全球合成生物学产业发展,加速合成生物学和生物制造工艺工程的商业化。联盟各成员一方面将加强设施间的协作沟通,共同应对技术难题,制定国际统一标准,将智能制造的理念引入合成生物学;另一方面,联盟将依托设施合作开展科学计划,进一步推动生物技术的变革。

  “高度自动化、高通量的‘试错’设施对合成生物学研究至关重要,GBA的成立将为大科学设施的全球合作、人类携手解决科学难题提供一种积极的范式。”国家合成生物学专项指南起草专家组组长张先恩研究员如此表示。

  国际合成生物学产业化先驱、美国工程院院士杰·基斯林认为,GBA的成立是全球合成生物学发展中的里程碑,它将加速设施的软硬件开发,使生物工程的快速设计和自动化成为可能。此外,联盟能够让更多科学家接触到合成生物设施这一强大工具,而此前仅有极少数公司的人有机会使用。进而,联盟成员开发的通用工具将促使全世界的科学家探索新的生物学,并利用工程生物系统来解决挑战性的问题。

  推动生物科技发展争建全球最先进合成生物设施

  GBA汇聚了全球顶尖的合成生物设施机构,深圳先进院作为发起单位之一,正牵头建设深圳“合成生物研究重大科技基础设施”(下称“大设施”)。据了解,国家发改委在《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012—2030年)》中部署建设合成生物研究设施后,深圳率先响应,并于2018年启动了“大设施”的筹建工作,项目设备总投资近10亿元,是合成生物领域全球首个启动筹建的大型基础设施。未来“大设施”将发展成为具有国际水准和引领作用的生命科学研发平台,有机融合BT与IT、科技与产业、科研与教育。

  “此次成为国际合成生物设施联盟发起单位,意味着深圳先进院在国际合成生物学舞台上扮演越来越重要的角色。”深圳先进院院长樊建平介绍,在深圳市政府的决策部署与资源的大力支持下,深圳先进院合成生物学研究所(筹)于2017年成立,如今深圳先进院也是深圳合成生物学协会会长单位,中国生物工程学会合成生物学专业委员会(筹)挂靠单位,以及亚洲合成生物学协会总部。

  近年来,随着深圳市对合成生物学发展的大力推动,深圳在合成生物学基础研究、应用和平台建设上,取得了一系列重要进展,形成了一批优势学科方向和研究团队,在全国乃至全球占据了一席之地。

  ■简介

  合成生物研究重大科技基础设施

  合成生物研究重大科技基础设施是深圳市光明区科学城建设优先启动和布局的重点项目之一,由深圳市政府投资建设,中国科学院深圳先进技术研究院为建设牵头单位,华大生命科学研究院、深圳第二人民医院参与建设。

  大设施旨在建设一个针对人工生命体智能化设计及自动化铸造的基础大平台。基于生物计算模型、复杂通路模拟和模块化元件等手段提升合成生物理性设计能力;将先进自动化工程技术与核酸合成、基因组编辑和连续定向进化等生物技术相结合,实现人工生命体的高通量低成本合成;运用标准化实验测试手段获得可用于深度学习的标准化、多维度、多模态的生物大数据;进而缩短人工生命的设计—合成—测试—学习的周期,大幅提升合成生物设计与构建能力。

  合成生物研究重大科技基础设施将打造一个用户的“云端实验室”和运营者的“智能实验室”二位一体的合成生物研究平台,不仅对学术界开放,也对产业界开放。通过设置专职管理及技术服务团队,提供国际一流的技术保障和资源条件,面向全球合成生物相关的科研团队和企业,以引进团队、设立杰出客座PI研究组、设置开放类项目等形式,鼓励全球顶尖人才用户来研究院交流及工作,对合成生物学领域的多个方向进行深度合作与研究。

编辑: 文海燕

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