微生物,高智商,大產(chǎn)業(yè)——合成生物學(xué)助力阿維菌素的高效智能制造

作者:劉樂(lè)詩(shī); 譚高翼; 王為善; 李珊珊; 夏雪奎; 劉昌衡; 代煥琴; 王澤建; 張嗣良; 張立新 華東理工大學(xué)生物反應(yīng)器工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室; 上海200237; 中國(guó)科學(xué)院微生物研究所; 北京100101; 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所; 北京100193; 齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)生物研究所; 濟(jì)南250143; 美國(guó)康奈爾大學(xué); 哈佛大學(xué); 英國(guó)曼徹斯特大學(xué); 國(guó)際化學(xué)生物學(xué)會(huì); 實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化與篩選協(xié)會(huì)亞洲委員會(huì)

摘要:合成生物學(xué)研究具有兩種屬性,即生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)提升屬性與生物制造屬性。以阿維菌素產(chǎn)生的生命過(guò)程復(fù)雜性為例,幾乎可用"高智商"來(lái)形容。通過(guò)系統(tǒng)認(rèn)知微生物的"智商",從"格物致知"到"建物致用",實(shí)現(xiàn)師法自然,讓微生物更高效地為人類(lèi)服務(wù)。在人工工業(yè)大規(guī)模制造時(shí),上述生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)無(wú)疑是有幫助的,但在微生物與生物反應(yīng)器組成的復(fù)雜系統(tǒng)中,如何從基因到代謝的細(xì)胞生理狀態(tài)到胞外的環(huán)境影響中,由"格物致知"的因果關(guān)系找到可人工操作的生物智能制造(智造),這又是極其困難的科學(xué)問(wèn)題,這就是合成生物學(xué)的生物制造屬性。因此,必須開(kāi)展生物過(guò)程大數(shù)據(jù)分析,克服基因、代謝、過(guò)程到生產(chǎn)組織中產(chǎn)生的大量互不聯(lián)系的數(shù)據(jù)孤島。近年來(lái),合成生物學(xué)的蓬勃發(fā)展掀起的技術(shù)革命已經(jīng)徹底顛覆了人們過(guò)去對(duì)于生物和生物技術(shù)的認(rèn)識(shí)。該文以阿維菌素的研究為例,討論在合成生物學(xué)時(shí)代如何利用微生物的"智商"來(lái)加速實(shí)現(xiàn)微生物藥物高效智能制造的研發(fā)過(guò)程,并為其他微生物天然產(chǎn)物藥物的智能化生產(chǎn)提供可借鑒的思路和方法。

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