解讀天津化學化工協同創新中心「合成生物技術研究平台」

天津化學化工協同創新中心（The National Collaborative Innovation Centre of Chemical Science and Engineering (Tianjin)）成立於2012年，是由天津大學與南開大學兩校共同合作創建的全國首批14個「2011協同創新中心」之一。該中心的合成生物技術研究平台SynBio（Synbio, the synthetic biology research platform）由天津大學元英進教授領銜，是國內先進的合成生物學研究中心。日前，元英進作為合成生物學專家，接受了《自然》雜誌的採訪，介紹了團隊的研究方向和平台今後的規劃，希望吸引國內外更多的合成生物學領域的優秀人才。

記者：什麼原因吸引您研究合成生物學？

元英進：合成生物學是綜合了生物學與工程學（尤其是化學工程）的新興領域。我於1980年開始生物化學工程的學習，並拿到博士學位，隨著對這一領域的認識日趨深入，我對應用工程學原理來設計和合成生物組分極為感興趣。合成生物學也給我們提供了一個前所未有的建造生物系統的契機，並促使我們的研究更加深入。2006年，我在天津大學創立了一個合成生物學研究小組，當時我們正受邀參加由麻省理工大學最先發起的國際遺傳工程機器大賽(iGEM)，這是在合成生物學領域最高規格的國際學生大賽，我們在這次比賽中獲得金牌。從那時起，我們就開始致力於擴大研究隊伍規模，努力推動中國合成生物學的發展。

記者：SynBio研究平台的主要項目有哪些?

元英進：基因組合成是合成生物學的一個非常重要的領域。作為合成酵母基因組國際聯合計劃（Sc2.0）（Synthetic Yeast Genome Project (Sc2.0)）的重要成員，我們研究組的一個研究重點就是設計與合成酵母人工染色體。在此基礎上，我們在酵母中成功地構建了一系列產物的生物合成路徑，有效合成了天然產品、化學品、醫藥、以及燃料等。例如，番茄紅素是一種重要的抗氧化營養物質，我們構建了可以高產番茄紅素的酵母菌株，為商業化批量生產番茄紅素提供了可能。丹參素是一種重要的中藥有效成分，我們構建了丹參素合成的全新新人工路徑，並實現了其高效生產。我們的目標就是設計構建人工細胞工廠，使更多產品的低成本和高效率生物生產成為可能。

我們的研究也為能源安全和環境污染等重大社會問題提供解決方案。例如，我們利用人工微生物混菌系統成功研發出高性能的微生物燃料電池。我們同樣構建了利用光合作用製造綠色生物燃料和其他化合物的藍藻。

記者：您為什麼要參與到Sc2.0項目呢？

元英進：Sc2.0國際計劃旨在構建世界首個合成的真核細胞基因組，由紐約大學的美國科學院院士傑夫·伯克教授（曾任職約翰·霍普金斯大學）發起。我第一次通過伯克的博士後蔡毅之接觸到Sc2.0就被它在基礎科學和工業應用上的巨大潛在影響所深深吸引。合成基因組在保持細胞健康的同時，還提高了基因組穩定性和遺傳可塑性。通過重建酵母基因組，我們可以加深對染色體、基因組構成和基因組結構等基本特性的認識；同時利用人工酵母基因組可以研究一些關鍵的進化問題，幫助我們深入理解生命進化的原理。因此我試著深入推動這個項目的發展。我們負責合成酵母V號和X號人工染色體，開發了一些關鍵技術，加速了整個項目的進程。

記者：您是如何在合成生物學平台上兼顧教育和科研的呢？

元英進：我們一直致力於整合前沿科學與學科教育。Sc2.0計劃另一個吸引我的地方是與之並行的BAG（Build A Genome）課程，我認為這是一個很好的課程，可以在培養學生髮現和解決問題能力的同時，幫助他們熟悉分子生物學和基因組等前沿科學問題。基於這個課程，我們開設了天津大學自己的BAG課程，參與課程的學生們在為合成人工染色體添磚加瓦的過程中，也獲得了提升自己研究技能的重要經歷。我們也鼓勵學生參與到國際比賽，如國際遺傳工程機器大賽(iGEM)，通過比賽可以將科技創新和學生培養很好的結合。微生物燃料電池項目就是我們的學生在iGEM大賽中獲獎的一項發明。此外，2014年我校建設了國內首家在教育部備案的博士點。

記者：對於合成生物學家來說，我校的合成生物學平台有哪些吸引人的地方呢？

元英進：天津大學建立了合成生物學模塊資料庫（SynbioML)（synthetic biology module library, SynbioML），包括了各種用途的8000多個人造合成基因元件，20000多個功能模塊和1000多個底盤。研究者可以很容易地在網上搜索不同的模塊並免費得到他們所需要的信息以便更進一步地開展自己的研究。我們還建造了良好的基礎設施和最先進的技術設備。作為天津化學化工協同創新中心的四大平台之一，我們可以充分利其豐富的資源來提供充足的合作研究機會，包括跨學科合作和國際合作。我們的合成生物學國際合作研究中心的建立也將會帶來更多類似的機遇。

近來，我們獲得了國家自然科學基金委的「合成生物學與生物加工過程」創新群體，這是首個合成生物學領域國家創新群體。我校優越的研究環境已經吸引了一大批來自國內外的優秀學者，我們也希望未來能夠吸引更多這一領域的優秀人才。

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