合成生物研究重大科技基础设施概述

doi:10.12211/2096-8280.2021-077

合成生物学 ›› 2022, Vol. 3 ›› Issue (1): 184-194.DOI: 10.12211/2096-8280.2021-077

合成生物研究重大科技基础设施概述

张亭¹, 冷梦甜¹, 金帆¹, 袁海^1,²

^1.中国科学院深圳先进技术研究院，深圳合成生物学创新研究院，广东深圳 518055
^2.中国科学院广州先进技术研究所，广东广州 511400

收稿日期:2021-07-23 修回日期:2021-12-06 出版日期:2022-02-28 发布日期:2022-03-14
通讯作者: 袁海
作者简介:张亭（1984—），女，硕士，设施工程办公室副主任。研究方向为水生生物学。E-mail：ting.zhang@siat.ac.cn。|袁海（1974—），男，博士，研究员级高级工程师。研究方向为电子与电气工程。E-mail：hai.yuan@siat.ac.cn。
基金资助:
深圳市合成生物研究重大科技基础设施项目(2017-440300-73-01-104731);深圳市科技创新委员会项目(KQTD2015033117210153)

Overview on platform for synthetic biology research at Shenzhen

Ting ZHANG¹, Mengtian LENG¹, Fan JIN¹, Hai YUAN^1,²

^1.Shenzhen Institute of Synthetic Biology，Shenzhen Institutes of Advanced Technology，Chinese Academy of Sciences，Shenzhen 518055，Guangdong，China
^2.Guangzhou Institute of Advanced Technology，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 511400，Guangdong，China

Received:2021-07-23 Revised:2021-12-06 Online:2022-02-28 Published:2022-03-14
Contact: Hai YUAN

摘要/Abstract

摘要：

合成生物学研究中，海量的工程化试错实验远远超出传统的劳动密集型研究范式的能力范畴，故建立一个可以实现生命体工程化大批量合成的合成生物学研究平台迫在眉睫。然而目前国内外已建成的工程化平台只能基于少数孤立设备或功能岛实现部分流程，不能满足合成生物学全生命周期的研究需求。基于此背景，在国家、省市相关部门的大力支持下，由中国科学院深圳先进技术研究院牵头建设的“合成生物研究重大科技基础设施”，目前已完成全部立项程序，进入全面实施建设阶段，预计于2023年开展试运营和验收工作。本文将从建设背景、过程、内容、目标和特色等方面对合成生物研究重大科技基础设施进行介绍。设施工程一期将重点搭建“设计学习”、“合成测试”和“用户检测”三大平台，二期拟建设医学转化平台。合成生物大设施主要围绕自动化合成生物技术，以合成生物学基础研究为理论基础，把自动化工业发展过程中的智能制造、智能工厂理念引入到合成生物学研究中，实现生命体工程化大批量合成。通过建立基于信息管理系统的智能生产单元，快速、低成本、多循环地完成“设计-构建-测试-学习”的闭环，实现理性可预测的设计合成，达成合成生命体的远程定制、异地设计和规模经济生产等目标。同时将信息技术与生物技术交叉融合，发展出适用于自动化、高通量设备平台的标准化实验方法、算法和流程，以期推动合成生物研究过程和工作流程的标准化，进而推动我国合成生物研究水平的提升，成为行业标杆，领跑国际。此外，合成生物大设施还将催动基础研究的原创突破及学科之间的交叉融合，助力生命科学研究实现跨越式发展。

关键词: 合成生物学, 工程化平台, 合成生物学自动化平台, 重大科技基础设施

Abstract:

With the rapid development of synthetic biology, traditional labor-intensive research paradigm no longer satisfies the demand from increased numbers for trial-and-error experiments and processing and analysis of mega data. With the support from national, provincial and municipal governments, platform for synthetic biology research, established by Shenzhen Institute of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences is now ready for operation, and expected to put into running in 2023. This report presents a brief introduction to The Major Scientific and Technological Infrastructure for Synthetic Biology Research. The first phase development for the Infrastructure includes three platforms: Design and Learning, Synthesis, and User Testing, and the second phase is for the medical transformation platform. The Infrastructure mainly focus on automated synthetic biotechnology, and introduces the concepts of intelligent manufacturing into synthetic biology research for high-throughput synthesis of living organisms. Through the establishment of such an intelligent production unit based on the information management system, the closed loop of “design-build-test-learn (DBTL)” can be implemented more efficiently with high-throughput and low-cost, which can realize rational and predictable design and synthesis, and also achieve remote design and economical production of synthetic living organisms at large scale. In addition, the platform integrates information technology (IT) and biological technology (BT) through information interconnection and internet of thing (IoT) devices for being fully automated and intelligent to conduct standardized tests, algorithms, processes and other workflows, which ultimately helps to inspire breakthroughs in basic research and interdisciplinary integration for technological innovations.

Key words: synthetic biology, engineering platform, automation platform for synthetic biology, major science and technology infrastructure, design build test learn (DBTL)

中图分类号:

Q819

张亭, 冷梦甜, 金帆, 袁海. 合成生物研究重大科技基础设施概述[J]. 合成生物学, 2022, 3(1): 184-194.

Ting ZHANG, Mengtian LENG, Fan JIN, Hai YUAN. Overview on platform for synthetic biology research at Shenzhen[J]. Synthetic Biology Journal, 2022, 3(1): 184-194.

图/表 8

参考文献 15

1	崔金明, 张炳照, 马迎飞, 等. 合成生物学研究的工程化平台[J]. 中国科学院院刊, 2018, 33(11): 1249-1257.
	CUI J M, ZHANG B Z, MA Y F, et al. Engineering platforms for synthetic biology research[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2018, 33(11): 1249-1257.
2	唐婷, 付立豪, 郭二鹏, 等. 自动化合成生物技术与工程化设施平台[J]. 科学通报, 2021(3): 300-309.
	TANG T, FU L H, GUO E P, et al. Automation in synthetic biology using biological foundries[J]. Chinese Science Bulletin, 2021(3): 300-309.
3	CLARKE L J, KITNEY R I. Synthetic biology in the UK—an outline of plans and progress[J]. Synthetic and Systems Biotechnology, 2016, 1(4): 243-257.
4	晁然, 原永波, 赵惠民. 构建合成生物学制造厂[J]. 中国科学:生命科学, 2015, 45(10): 976-984.
	CHAO R, YUAN Y B, ZHAO H M. Factory construction of synthetic biology[J]. Scientia Sinica (Vitae), 2015, 45(10): 976-984.
5	潘勋, 冯倩倩, 王宏伟. 持续建设科研条件平台助力生命学科跨越式发展[J]. 实验技术与管理, 2021, 38(4): 1-6.
	PAN X, FENG Q Q, WANG H W. Continuous construction of scientific research support platform to promote great-leap forward development of life sciences[J]. Experimental Technology and Management, 2021, 38(4): 1-6.
6	HILLSON N, CADDICK M, CAI Y Z, et al. Building a global alliance of biofoundries[J]. Nature Communications, 2019, 10: 2040.
7	程晓舫, 唐磊, 夏依林. 大科学装置共建共享及其对区域一体化的影响——以长三角为例[J]. 科技管理研究, 2020, 40(22): 26-31.
	CHENG X F, TANG L, XIA Y L. The co-construction and sharing of large-scale scientific facilities and its impact on regional integration: taking the Yangtze River Delta as an example[J]. Science and Technology Management Research, 2020, 40(22): 26-31.
8	唐婷, 付立豪, 郭二鹏, 等. 自动化合成生物技术与工程化设施平台[J]. 科学通报, 2021, 66(3): 300-309.
	TANG T, FU L H, GUO E P, et al. Automation in synthetic biology using biological foundries[J]. Chinese Science Bulletin, 2021, 66(3): 300-309.
9	胡如云, 张嵩亚, 蒙海林, 等. 面向合成生物学的机器学习方法及应用[J]. 科学通报, 2021, 66(3): 284-299.
	HU R Y, ZHANG S Y, MENG H L, et al. Machine learning for synthetic biology: Methods and applications[J]. Chinese Science Bulletin, 2021, 66(3): 284-299.
10	Global BioFoundry Meeting Workshop Report[R]. London, UK: Imperial College, 2018.
11	张建志, 付立豪, 唐婷, 等. 基于合成生物学策略的酶蛋白元件规模化挖掘[J]. 合成生物学, 2020, 1(3): 319-336.
	ZHANG J Z, FU L H, TANG T, et al. Scalable mining of proteins for biocatalysis via synthetic biology[J]. Synthetic Biology Journal, 2020, 1(3): 319-336.
12	杜全生, 洪伟, 祖岩. 2010—2019年国家自然科学基金资助合成生物学领域情况[J]. 合成生物学, 2020, 1(3): 385-394.
	DU Q S, HONG W, ZU Y. Grant and funding for synthetic biology at NSFC from 2010 to 2019[J]. Synthetic Biology Journal, 2020, 1(3): 385-394.
13	丁明珠, 李炳志, 王颖, 等. 合成生物学重要研究方向进展[J]. 合成生物学, 2020, 1(1): 7-28.
	DING M Z, LI B Z, WANG Y, et al. Significant research progress in synthetic biology[J]. Synthetic Biology Journal, 2020, 1(1): 7-28.
14	刘晓, 王跃, 毛开云, 等. 生物技术与信息技术的融合发展[J]. 中国科学院院刊, 2020, 35(1): 34-42.
	LIU X, WANG Y, MAO K Y, et al. Converge development of biotechnology and information technology[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2020, 35(1): 34-42.
15	MORRELL W C, BIRKEL G W, FORRER M, et al. The experiment data depot: a web-based software tool for biological experimental data storage, sharing, and visualization[J]. ACS Synthetic Biology, 2017, 6(12): 2248-2259.

序号	成员名称	序号	成员名称
1	Agile BioFoundry	16	iBioFAB-Illinois Biological Foundry for Advanced Biomanufacturing
2	Australian Genome Foundry	17	K-Biofoundry (KAIST KRIBB)
3	BIOFAB, University of Washington	18	Kobe Biofoundry
4	Biofactorial	19	LARA, Laboratory Automation Robotic Assistant Biochemistry Greifswald
5	The BioFoundry at UBC	20	Living Measurement Systems Foundry, NIST
6	BioFoundry India	21	London BioFoundry ICL
7	Colorado Cyberbiofoundry	22	SIAT Biofoundry, Shenzhen
8	CompuGene, TU Darmstadt	23	SJTU Synbio BioFoundry
9	Concordia Genome Foundry	24	SKy Biofoundry, Sungkyunkwan University
10	CSIRO BioFoundry	25	SYNBIOCHEM, Manchester
11	DAMP lab, Boston University	26	SynCTI, Singapore BioFoundry
12	DTU Biosustain BioFoundry	27	Tianjin BioFoundry-Tianjin Institute of Industrial Biotechnology
13	Earlham DNA Foundry	28	Tianjin University BioFoundry
14	Edinburgh Genome Foundry	29	VTT Technical Research Centre of Finland
15	GeneMill, Liverpool	30	Zhejiang University

序号	成员名称	序号	成员名称
1	Agile BioFoundry	16	iBioFAB-Illinois Biological Foundry for Advanced Biomanufacturing
2	Australian Genome Foundry	17	K-Biofoundry (KAIST KRIBB)
3	BIOFAB, University of Washington	18	Kobe Biofoundry
4	Biofactorial	19	LARA, Laboratory Automation Robotic Assistant Biochemistry Greifswald
5	The BioFoundry at UBC	20	Living Measurement Systems Foundry, NIST
6	BioFoundry India	21	London BioFoundry ICL
7	Colorado Cyberbiofoundry	22	SIAT Biofoundry, Shenzhen
8	CompuGene, TU Darmstadt	23	SJTU Synbio BioFoundry
9	Concordia Genome Foundry	24	SKy Biofoundry, Sungkyunkwan University
10	CSIRO BioFoundry	25	SYNBIOCHEM, Manchester
11	DAMP lab, Boston University	26	SynCTI, Singapore BioFoundry
12	DTU Biosustain BioFoundry	27	Tianjin BioFoundry-Tianjin Institute of Industrial Biotechnology
13	Earlham DNA Foundry	28	Tianjin University BioFoundry
14	Edinburgh Genome Foundry	29	VTT Technical Research Centre of Finland
15	GeneMill, Liverpool	30	Zhejiang University

（[*] 在建）自动化设施	所属学术机构
[*] 深圳合成生物研究重大科技基础设施	中国科学院深圳先进技术研究院
生物铸造厂	中国科学院天津工业生物技术研究所
规模化蛋白质制备系统	国家蛋白质科学中心（上海）
生物铸造厂	天津大学化工学院
高通量筛选平台	武汉生物技术研究院
[*] 生物铸造厂（面向企业）	华大生命科学研究院
[*] 生物铸造厂	日本神户大学
[*] 生物铸造厂	韩国先进科技学院
Synthetic Biology Foundry	新加坡国立大学
Agile BioFoundry	美国劳伦斯伯克利国家实验室
DAMP Lab	美国波士顿大学
Illinois Biological Foundry for Advanced Biomanufacturing (iBioFAB)	美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校
MIT-Broad Foundry	美国麻省理工学院
Center for Applied Synthetic Biology	加拿大康卡迪亚大学
London DNA Foundry	英国帝国理工学院
Earlham DNA Foundry	英国厄尔汉姆研究中心
Edinburgh Genome Foundry	英国爱丁堡大学
GeneMill	英国利物浦大学
SYNBIOCHEM	英国曼彻斯特大学
[*] 生物铸造厂（面向企业）	法国农业科学研究院图卢兹中心
CompuGene	德国达姆施塔特工业大学
[*] 生物铸造厂	荷兰代尔夫特理工大学
Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability (CFB)	丹麦技术大学
[*] Australian Genome Foundry	澳大利亚麦考瑞大学
[*] 生物铸造厂	澳大利亚昆士兰大学

（[*] 在建）自动化设施	所属学术机构
[*] 深圳合成生物研究重大科技基础设施	中国科学院深圳先进技术研究院
生物铸造厂	中国科学院天津工业生物技术研究所
规模化蛋白质制备系统	国家蛋白质科学中心（上海）
生物铸造厂	天津大学化工学院
高通量筛选平台	武汉生物技术研究院
[*] 生物铸造厂（面向企业）	华大生命科学研究院
[*] 生物铸造厂	日本神户大学
[*] 生物铸造厂	韩国先进科技学院
Synthetic Biology Foundry	新加坡国立大学
Agile BioFoundry	美国劳伦斯伯克利国家实验室
DAMP Lab	美国波士顿大学
Illinois Biological Foundry for Advanced Biomanufacturing (iBioFAB)	美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校
MIT-Broad Foundry	美国麻省理工学院
Center for Applied Synthetic Biology	加拿大康卡迪亚大学
London DNA Foundry	英国帝国理工学院
Earlham DNA Foundry	英国厄尔汉姆研究中心
Edinburgh Genome Foundry	英国爱丁堡大学
GeneMill	英国利物浦大学
SYNBIOCHEM	英国曼彻斯特大学
[*] 生物铸造厂（面向企业）	法国农业科学研究院图卢兹中心
CompuGene	德国达姆施塔特工业大学
[*] 生物铸造厂	荷兰代尔夫特理工大学
Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability (CFB)	丹麦技术大学
[*] Australian Genome Foundry	澳大利亚麦考瑞大学
[*] 生物铸造厂	澳大利亚昆士兰大学

[1]	刁志钿, 王喜先, 孙晴, 徐健, 马波. 单细胞拉曼光谱测试分选装备研制及应用进展[J]. 合成生物学, 2023, 4(5): 1020-1035.
[2]	卢挥, 张芳丽, 黄磊. 合成生物学自动化装置iBioFoundry的构建与应用[J]. 合成生物学, 2023, 4(5): 877-891.
[3]	白仲虎, 任和, 聂简琪, 孙杨. 高通量平行发酵技术的发展与应用[J]. 合成生物学, 2023, 4(5): 904-915.
[4]	吴玉洁, 刘欣欣, 刘健慧, 杨开广, 随志刚, 张丽华, 张玉奎. 基于高通量液相色谱质谱技术的菌株筛选与关键分子定量分析研究进展[J]. 合成生物学, 2023, 4(5): 1000-1019.
[5]	胡哲辉, 徐娟, 卞光凯. 自动化高通量技术在天然产物生物合成中的应用[J]. 合成生物学, 2023, 4(5): 932-946.
[6]	刘欢, 崔球. 原位电离质谱技术在微生物菌株筛选中的应用进展[J]. 合成生物学, 2023, 4(5): 980-999.
[7]	王雁南, 孙宇辉. 碱基编辑技术及其在微生物合成生物学中的应用[J]. 合成生物学, 2023, 4(4): 720-737.
[8]	刘晚秋, 季向阳, 许慧玲, 卢屹聪, 李健. 限制性内切酶的无细胞快速制备研究[J]. 合成生物学, 2023, 4(4): 840-851.
[9]	孙美莉, 王凯峰, 陆然, 纪晓俊. 解脂耶氏酵母底盘细胞的工程改造及应用[J]. 合成生物学, 2023, 4(4): 779-807.
[10]	孙智, 杨宁, 娄春波, 汤超, 杨晓静. 功能拓扑的理性设计及其在合成生物学中的应用[J]. 合成生物学, 2023, 4(3): 444-463.
[11]	赖奇龙, 姚帅, 查毓国, 白虹, 宁康. 微生物组生物合成基因簇发掘方法及应用前景[J]. 合成生物学, 2023, 4(3): 611-627.
[12]	孟巧珍, 郭菲. “可折叠性”在酶智能设计改造中的应用研究——以AlphaFold2为例[J]. 合成生物学, 2023, 4(3): 571-589.
[13]	王晟, 王泽琛, 陈威华, 陈珂, 彭向达, 欧发芬, 郑良振, 孙瑨原, 沈涛, 赵国屏. 基于人工智能和计算生物学的合成生物学元件设计[J]. 合成生物学, 2023, 4(3): 422-443.
[14]	吕海龙, 王建, 吕浩, 王金, 徐勇, 顾大勇. 合成生物学在下一代基因诊断技术中的应用进展[J]. 合成生物学, 2023, 4(2): 318-332.
[15]	申赵铃, 吴艳玲, 应天雷. 合成生物学与病毒疫苗研发[J]. 合成生物学, 2023, 4(2): 333-346.

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