CIBB 2024 | 分论坛六:生物制造前沿技术

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。





分论坛六:生物制造前沿技术

哺乳动物细胞工程、作物基因编辑育种、光电能源利用、高通量自动化等前沿技术正在加速与生物制造融合,拓展生物制造的边界。本论坛探讨生物制造的前沿技术,为推进生物制造在医疗、农业、双碳等领域的新应用提供新思路。


哺乳动物工程生物学研究与应用

李 伟  

中国科学院动物研究所研究员


工程生物学是后基因组学时代逐渐兴起的一个研究领域,通过对生命过程和系统进行可设计工程改造,以理解生命发生与调控规律,并在农业、生物制造和医药领域具有广泛的应用。尽管在单细胞生命如细菌和酵母里发展迅速,受限于我们对复杂生命的认知不足,工程生物学在哺乳动物体系的发展仍然非常初级。我们认为除了基因工程技术这一支柱,干细胞(如多能性干细胞)和生殖工程(如动物克隆)技术也是哺乳动物工程生物学发展的必要手段。我们希望通过探索基因工程、干细胞、胚胎工程等新技术的开发与汇聚,发展哺乳动物工程生物学用于解析哺乳动物生殖与再生的新机制,以及开发新型可编程基因与细胞疗法。


高通量生物育种装备自主创新及集成应用

邢新会  

清华大学深圳国际研究生院生物医药与健康工程研究院长聘教授


绿色生物制造新质生产力发展的核心是生命暗物质挖掘发现、生物催化剂创制、数据驱动生物制造过程工程及产品工程。团队通过多学科交叉融合,在生命暗物质和新功能发现、高通量细胞工厂构建及细胞工厂评价表征技术与装备化方面开展了系统研究,开展了大量应用研究,并实现了产业化。研发的高通量自动化生物育种装备系统在合成生物学与生物制造等领域发挥了重要支撑作用,能够产生丰富的基因型-表型数据,并在医药营养健康产品合成生物制造中得到了成功应用,成为数据驱动智能绿色生物制造产业技术创新的使能平台。本报告介绍了高通量自动化生物育种装备的自主创新及其在生物制造中的应用进展。


微生物光电合成

熊 伟  

华南理工大学生物科学与工程学院教授


自然界的生物催化机制核心在于光合作用,这一过程巧妙地将光系统I与光系统II串联,以光能为驱动力,促进化学分子或电力的生成。直接向光合电子传递链(PETC)供给电力,虽蕴含巨大潜力,但实现路径充满挑战。本报告介绍我们构建的一种创新性的光电化学集成系统,该系统能够直接将电子注入活体蓝细菌的PETC中。该系统阴极通过电化学界面与缺乏光系统II活性、无法自主进行光合作用的蓝细菌细胞相连。在光照作用下,阴极引导外部电路中的电子穿越光系统I,进入蓝藻细胞内的PETC,从而驱动二氧化碳转化为乙酸。实验结果显示,在光照与外源电子交替供给的特定条件下,我们成功观测到了乙酸的生成。进一步分析表明,在程序控制的间歇LED照明及外源电子供给下,乙酸生产的能量转换效率高达约9%,此效率基于生物系统实际接收的光子与电子数量计算得出;若以总供给蓝藻的光子与电子量为基准,则效率约为3%。此技术平台还展示了其在利用蓝细菌工程菌株生产多样化二氧化碳还原产物方面的潜力,例如,针对化学工业中应用广泛的重要碳氢化合物,我们成功实现了电光赋能的乙烯生产。


多靶点协同策略发掘链霉菌高产性能

王为善  

中国科学院微生物研究所研究员



新一代精准基因组靶向修饰技术及其在作物改良中的应用

高彩霞  

中国科学院遗传发育研究所研究员


植物基因组靶向修饰技术的发展经历了从产生随机突变到精准碱基替换,再到产生小片段DNA的插入、替换和删除,最后实现对大片段DNA的精准操纵的过程。这四个发展阶段为开展植物基础研究和精准分子育种奠定了坚实的技术基础。本次报告描述这四个阶段的基因组编辑技术,并系统阐述每个发展阶段背后的技术原理,通过提供一些例子,展示基因组编辑技术在创造未来新作物方面的应用。


大肠杆菌封存二氧化碳的关键技术与应用

刘立明  

江南大学生物工程学院教授


二氧化碳是地球上最主要的温室气体,但同时也是自然界最为丰富的碳一资源。通过模拟植物光合作用开发的微生物捕集和转化二氧化碳的技术体系,具有运行成本低、安全性高等特点,为二氧化碳高效封存提供了一种可持续发展的新方法。但要实现这一目标,需要解决两个关键科学问题:如何设计高效的二氧化碳固定途径?如何为二氧化碳固定提供充足的能量?为了强化微生物的二氧化碳固定效率,江南大学微生物制造工程研究中心构建了天然二氧化碳固定羧化途径、重构了杂合卡尔文循环(CBB)途径、创建了人工二氧化碳固定HWLS线性途径、创建了非ATP依赖的人工二氧化碳固定途径FGPM。此外设计了多光源信号输入的光遗传学调控工具、开发了光驱动电子传递系统、创建了光驱动质子泵系统、发展了人工辅因子供应系统、构建了胞内电子再生系统等提高二氧化碳固定过程的能量供给效率的新方法。通过上述技术集成,实现了微生物封存和固定二氧化碳


智能代谢重编与负碳合成生物学

陶 飞  

上海交通大学生命科学技术学院研究员


人类面临的巨大挑战之一是过度排放二氧化碳,导致严重的气候变化问题和频繁的极端天气。开发能够利用二氧化碳作为原料生产化合物的新技术不仅可以解决碳排放问题,还可以应对未来资源短缺。蓝细菌可以直接利用二氧化碳和光能进行自养有机物质的合成,这是当前碳中和合成生物学的热门平台之一。本报告探讨碳中和制造和光驱动合成生物学的意义,讨论塑料污染、可降解塑料及可持续解决方案的主题,展示并讨论可降解塑料碳中和制造的研究,展望材料化学碳中和生物制造的未来及其在效率和引入人工智能方面的发展趋势。代谢网络的重编程能够实现对代谢通量的控制,从而高效地将碳源转化为目标产品。这种方法可以用于以绿色和可持续的方式生产能量、材料和药物等各种化合物。然而,由于代谢的高度复杂性,代谢重编程的理性化受到严重阻碍。目前,只能通过高成本且实验可预测性差的穷尽试错法来实现。在“用最少的操作实现最大代谢效应”的理念指导下,我们开发了几种智能代谢重编程策略,提倡基于识别和发现关键代谢节点的多样化设计。这一概念的内涵包括三个方面:i) 发现代谢网络中的敏感节点;ii) 表征敏感节点的代谢效应;iii) 基于敏感节点开发高效的代谢网络重塑方法。我们开发了通过组合干扰细胞感知蛋白模拟自然环境刺激的全局代谢重编程方法。我们的研究表明,所开发的方法在改变代谢状态方面极为有效,从成本、便利性和通量来看,可以被认为是智能的。


基因编辑技术创新推动生物制造工程菌种的设计创制

王 钰  

中国科学院天津工业生物技术研究所研究员


微生物菌种被认为是生物制造的“芯片”,决定了生物制造的原料体系、产品种类和生产效率。多功能、高效率的基因组编辑与表达调控技术,是设计创制生物制造工程菌种的关键使能技术。在本研究中,通过协调CRIPSR/Cas系统、碱基脱氨酶、DNA跨损伤修复系统,以及易错的DNA聚合酶等DNA损失与修复机制,成功在工业微生物中建立了理性、半理性和非理性的基因组编辑技术,并成功应用于生物制造工程微生物菌种的设计创制。

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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