CIBB 2024 | 分论坛七:生物制造自动化

文摘   2024-11-18 11:44   天津  



11月15日-18日,第十二届中国工业生物技术创新论坛暨生物制造产业大会在天津举行。本届大会以“合成生物,驱动生物制造”为主题,汇聚产学研各界嘉宾,围绕新形势下生物制造前沿创新与产业发展开展深入交流研讨,赋能新质生产力,为推动我国合成生物学和生物制造产业高质量发展启迪新思想、注入新活力、蓄积新动能。





分论坛七:生物制造自动化

实现工程生物创制的高通量化和生物制造过程的智能化控制是生物制造发展的核心前沿方向。本论坛聚焦工程生物高通量创制、筛选、分析技术及装备研发,探讨数据驱动的智能生物制造在工业生物技术中的应用前景。


智能化平台助力生命体工程化合成:深圳合成生物设施建设实践

袁 海

中国科学院深圳先进技术研究院研究员


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,因此建立一个可以实现生命体工程化大批量合成的研究平台迫在眉睫。深圳合成生物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,以期快速、低成本、多循环地完成“设计-构建-测试-学习”的闭环。设施重点建设设计学习平台、合成测试平台、用户检测平台三大核心平台,打造用户“云端实验室”和运营者“智能实验室”二位一体的合成生物研究平台。建设的细菌、酵母、哺乳动物等从微生物到复杂生命体系自动化工艺平台,显著缩短了从构想到产品开发的周期。


高通量自动化菌种铸造设施

王 猛

中国科学院天津工业生物技术研究所研究员


由于我们生物学知识的不完整性,需要我们对大量合成生物设计方案进行构建和测试以获得目标性状。然而传统的合成生物学研究范式存在手动、低通量、低效率和数据不标准的重大缺陷。而这个领域竞争异常激烈,产业化要求研发效率高、时间短,这一传统合成生物铸造模式已经无法跟上时代的要求。所以,我们需要改变现有的合成生物铸造技术体系。我们正在建设工程菌种铸造大设施,融合软件、硬件装备和生物技术,初步建立了高通量自动化合成生物铸造新体系,大幅提升研发效率。


机器学习驱动的工业化生物制造在生命科学中的应用

张 骁  

中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员


核酸是生命的基本构建块,它们在遗传信息检索、疾病诊断和生物技术应用中充当多功能工具。自动化系统iRoNAEaLP(智能核酸提取和文库制备机器人系统)代表了核酸提取和文库制备方式的重大进步,以自动化的方式解决了复杂性和多样性问题,同时最小化了人类的参与。利用机器学习算法和决策树,iRoNAEaLP能够自动生成流程图、预设试剂和耗材数量,并通过策略引导的分段程序文件安排将处理步骤与特定模块动作对齐。结果,该系统在微量核酸提取、质粒/基因构建提取,以及单细胞和空间组学所需的smart-seq2测序的mRNA文库制备中,展示了各种类型样本的高效率和大规模数据质量。这一创新为各种生命科学应用中更高效、更易访问的生物过程铺平了道路。


从机器化学家到智能化学实验室

朱 青 

中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心副研究员


现代化学研究的对象日益复杂化、高维化,现有的研究范式难以全面理解和完成庞大化学空间的全局最优搜索,需要开发精准智能的AI模型和高通量自动化实验工具解决上述难题。团队通过整合机器人实验、量子化学理论模型、机器学习等技术,成功研发了从方案设计、实验合成、结构表征到性能测试与自主迭代的全流程机器化学家1.0系统,初步实现了数据智能驱动下的化学品无人化创制,以期突破传统化学研究范式中存在的局限性、低效性、鲁棒性差以及优化难等问题,进一步推动化学学科向更加精准和智能化的方向发展。


可编程核酸酶驱动的核酸分子检测

马 龙  

天津科技大学生物工程学院教授


可编程核酸酶的代表是CRISPR/Cas和Argonaute。CRISPR/Cas可在crRNA/sgRNA的引导下对外来特定核酸实施高特异性干扰,是细菌等进化出的获得性免疫系统。Argonaute,简称Ago,也是细菌等进化的一种免疫性防御系统。主要利用“向导核酸”找到具有互补序列的入侵核酸,对其进行切割。可以分为真核和原核Argonaute,具体的代表有95℃反应的PfAgo,65℃反应的TtAgo,37℃反应的CbAgo。团队利用CRISPR和Argonaute建立新型核酸/分子检测方法,利用dCas9的“下拉”性能,利用Cas12a的反式切割活性及Argonaute的靶向核酸和定向切割能力建立新型生物传感策略,形成由“单靶点”到“多靶点”,由“两步”变“一步”,由“单信号”向“多信号”,由“扩增”到“免扩增”,由“核酸靶标”到“非核酸靶标”的进步。


生物反应器与智能生物制造

庄英萍 

华东理工大学生物工程学院教授


合成生物技术的发展,使得越来越多的原来由化学、化工方法生产的产品可由生物发酵的方法得以实现,可实现绿色制造。在生物制造中生物反应器与产品生产工艺的匹配是实现生物制造高产的保证,为此必须设计与微生物细胞代谢特性相匹配的反应器,无论从传质、氧传递等多个工程维度确保过程操作处于最佳;另一方面,细胞代谢过程又是一个复杂的过程,所以如何实现反应器层面的全面检测,充分了解细胞代谢特性也是非常重要的。研究团队围绕过程检测、基于过程大数据建立大模型,最终基于过程模型实现过程各类补料的智能化决策,进而实现生物过程的智能制造。


数字化、智能化发酵优化中试平台建设

夏建业  

中国科学院天津工业生物技术研究所研究员


过去十年来合成生物学飞速发展,推动高通量菌种构建与筛选基础上高性能菌种获取效率的大幅提升。然而传统依赖于专家经验、反复试错的发酵优化技术严重限制了上述大量高产菌种的产业化进程。针对菌种性能高通量测试、培养基高效优化、发酵条件大通量优化方面的研究相对较少,相关讨论也少见报道。本报告基于在天津工业生物技术研究所智能生物制造中心的建设过程中的实践,探讨了数字化、智能化发酵优化中试平台建设中几个重要技术的研发与总结。首先,介绍了基于自动液体工作站与高通量生长曲线分析仪,利用人工智能技术实现大通量培养基成分高效、自动迭代优化方法的研究;其次,介绍自主开发的微型pH及DO传感器,并在此基础上开发的微型平行反应器系统,配套的自动培养基配置装置;最后,介绍实验室在中试规模反应器上形成的吨级发酵生产线的数字化平台及数据融合系统,及自动化发酵过程数据分析软件的原型。


算法驱动的生物系统优化

晁 然

杭州衍进科技有限公司CEO


合成生物学利用工程学的研究范式,通过对生物系统的模块化、标准化拆解与重构,从而解析并利用生物系统。这种方法论的革新将同时提高基础科研与产业应用领域的迭代速度,在基因组功能研究、人类健康、生物化工、农业、环保等众多领域带来深远影响。随着高通量合成生物学的方法与自动化平台的发展,AI算法可以开始逐步驱动对基因组重编程的过程,从而实现生物系统在不同层级的抽象与封装。报告主要介绍LifeFoundry团队利用AI算法与高通量研发平台完成蛋白质、代谢通路、基因组等生物系统的构建与优化的工作。


酶促DNA生物合成装备开发及应用进展

孙 隽

天津中合基因科技有限公司董事长


DNA合成技术是生物制造产业底层核心技术,也是合成生物学的核心使能技术,合成技术及核心装备的创新,将解除合成生物学发展的限速步骤,市场需求巨大。传统的DNA化学合成法存在单步准确率较低,长片段DNA合成步骤繁琐,成本高,存在环境污染等问题,无法满足市场和行业的需求,限制和制约了生物制造产业的发展。酶促DNA生物合成技术是利用生物酶在温和的水相环境中实现DNA合成的创新合成技术,在合成长度、效率、成本及环保性等方面拥有化学合成无法比拟的潜力,成为DNA合成技术发展的趋势。
报告介绍了中合基因近年来在酶促DNA生物合成技术以及相关装备的开发、生产、应用等方面的进展,并对该项技术的市场应用前景作出展望。


BIOINN生物制造众创空间
生物技术专业化众创空间(简称BIOINN“Biotechnology Innovation\x26quot;)是依托于中科院天津工业生物所“技术创新”和“平台创新”而建设的创新创业孵化平台,由天津所全资资产管理公司中科育成(天津)科技发展有限公司建设并运营
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