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这支团队厉害了!深圳先进院产研结合快速推进合成生物国内产业化

2019-03-15

   深圳先进院杰出客座教授基斯林院士日前再创人类历史首次:首次在微生物中合成大麻素及其相关衍生物。仅仅使用发酵罐,就能合成出需经过人工6个月才能种植提取出的大麻素,发挥其临床医用价值。

   日前,国际合成生物学产业化先驱,美国工程院院士、中国科学院深圳先进技术研究院合成生物化学研究中心主任杰·基斯林(Jay D. Keasling)团队在国际顶尖学术期刊《自然》杂志的发文,吸引了全球的目光,领域专家纷纷表示“这是合成生物学领域的又一重大突破”。基斯林为文章通讯作者,深圳先进院合成所(筹)为通讯单位之一,文章第一作者为罗小舟博士。


△ 图:研究成果以长文形式发表于国际顶尖学术期刊《自然》杂志(图片来源:《自然》杂志网站)

   成果频出。这也是基斯林与深圳先进院2017年9月合作建立合成生物学实验室后,搭建集合国内外优势力量、高水平的合成生物学研究与产业化发展平台的又一阶段性成果。


       △ 基斯林(右)与罗小舟(左)合影

  研以致用。团队也致力于推动合成生物学产业化进程。3月14日,基斯林团队在深圳先进院与国内知名生物技术企业共签投资千万元的联合实验室,这也是基斯林在国内的首个企业合作伙伴,双方将共同致力于用合成生物学“创造未来”。 

一罐三摇 像酿酒一样“酿”出大麻素

   美国女孩夏洛特,因患有婴儿严重肌阵挛性癫痫综合征(Dravet)而频繁发作癫痫。3岁时,癫痫发作次数已达每星期300次,相当于每半个小时就会发作一次。求医无果,夏洛特的父母为她尝试了大麻提取物大麻二酚(简称CBD)作为治疗手段。一年后,发作次数已控制在每个月4次,基本恢复日常生活。

   众所周知,大麻在世界范围内的种植和使用已有上千年的历史,人们对其主要活性分子大麻素类化合物中的个别分子已进行部分研究,发现部分大麻素具有有效的药用价值。


     △ 植物大麻 (图片来源:网络)

   然而,大麻素提取却面临着难度大、操作复杂等难题。因此,利用合成生物学手段合成大麻素,意义非常。几经研究,基斯林院士和罗小舟博士决定利用微生物发酵的方法来大规模制备多种大麻素及其衍生物,也就是说,“是像酿酒一样酿出大麻素”,基斯林表示。

   团队利用多种前沿合成生物学技术,在酿酒酵母这种只有8微米直径的小小微生物上,植入高产的大麻素基因,再把带着大麻素基因的酿酒酵母放到发酵罐里,酵母就像一个细胞工厂,就可以像酿酒一样酿出大麻素。


    △大麻素提取过程 (图片来源:研究团队)

   正是由于他们的科研突破,临床患者所需的大量大麻素可能不再需要辛苦种植大麻类作物,只需在工厂里连续24小时培养这种合成的小小微生物,然后提取对应的化学分子就可以了。“这项工作对于基础研究和医药学研究均有重要的价值。”北京大学药学院分子与细胞药理系主任刘涛研究员表示。

   据了解,目前国际上许多国家已经批准将大麻素类药物用于治疗癫痫、免疫性肝炎等部分罕见病;根据不完全统计,在美国,大麻二酚(简称CBD)含量的药用大麻每年至少造福了一万个家庭。

  “传统种植提取技术的局限性以及大麻素本身的药用价值都激发了我的探知欲。现在很多研究表明不同的大麻素潜在能用于治疗其它的疑难杂症,那样的话这项研究就具有重大意义了。而且,这项研究本身在我来看也十分有趣。”罗小舟说到。

      国际学者领衔 共推合成生物产研发展

   实现新的科学突破只是第一步。研以致用,“与其期待未来,不如创造未来”,是深圳先进院合成生物学研究所(筹)的建所宗旨。

  “合成大麻素只是一项科学探究,未来在中国更多应用将是根据市场需求,用合成生物的手段,更高效率的发展应用。”作为国际合成生物学领域的重要先驱,基斯林院士对于本次研究的指导至关重要。



  “当时我们分析手段有限,分析仪器遇到瓶颈,基斯林帮助我们协调加入了专业分析团队,将原本1个月才能进行一次的分析测试提升到每周一次,极大地缩短了分析测试周期。”罗小舟指出。

   2019年1月1日,基斯林在深圳先进院合成生物学研究所的实验室正式升级为合成生物化学研究中心。“设立该中心的初衷,就是希望依托基斯林成功产业化的国际经验,以国内的市场需求和地区战略为导向,做更多有价值的尝试。”深圳先进院合成所(筹)所长刘陈立表示。


△ 刘陈立介绍新中心成立的初衷

   很多有趣的创造都会在这里发生。该中心致力于开发新型的合成生物化学理论及方法,利用前沿的合成生物学技术改造自然界(植物,真菌,动物)已存在的天然代谢途径,并引入工程微生物中,基于廉价原料制备有价值的天然或非天然产物。并通过授权公司与成立新公司,实现天然和非天然产物的商业化。

   “基斯林主任为实验室建设投入了很大的精力,每位PI每周1小时的汇报、每月一次和每位组员的一对一交流,让整个中心得以全速前进。”中心入职的汤红婷助理研究员表示。目前这支团队由基斯林院士领衔,已组建一支汇聚国内外青年骨干、充满创新活力的人才队伍,除1位首席科学家外,还引进了3位全职PI及多位博士后。

   据了解,2019年中心还将新引入十多位国外合成生物学领域专家并建设研究团队;持续打造一支汇聚国内外合成生物学优秀骨干和杰出科学家的前沿创新团队,在科研成果创新研发、成果产业化过程中持续迸发活力。

                        牵手知名企业
           共建联合实验室搭建微生物“细胞工厂”

   让基斯林兴奋的,不只是与中国团队的火花碰撞,更是日前成立的“合成生物学微生物制造”联合实验室,让他能与中国知名企业携手,共同推进合成生物学技术在中国的产业化进程,真正实现研以致用。


△ 基斯林对与中国企业合作表示期待

   “与中国企业的合作我本人很期待,希望可以推进合成生物学技术在中国的应用。” 基斯林表示,“我们不仅成功产业化了青蒿素,在美国还通过生物发酵的方法成功生产角鲨烯,并应用到化妆品中,可以使其达到很好的保湿效果,目前已有产品在美国丝芙兰独家代理销售。我们还成功生产了‘伯克利酿造科学’牌啤酒,可以实现啤酒风味的个性化定制。”

   据悉,该联合实验室将主要围绕合成生物学、先进生物制造技术等方面的前沿技术研究、新产品开发、技术平台建立及人才培养等多层面进行广泛合作。


△ 杨建华对合成生物学产业化进程寄予期望

   “深圳先进院经过近13年的发展,已经在科学研究与产业促进方面开展了很多工作,在高新科技成果产出与促进科技与经济密切结合上都取得了可喜的成绩。我们期待这个联合实验室不仅可以产出更多一流基础研究成果,也可以为合成生物学方向的产业化进程做出新贡献。” 深圳先进院党委书记杨建华表示。

            关于合成生物学的基本介绍

   中国科学院深圳先进技术研究院在合成生物学领域,积极开展面向市场的、以产业化为导向的技术转化,力求发展成为国际上具影响力的合成生物学研发基地与产业创新中心;通过打造开放交叉合作的平台,汇聚国内外合成生物学领域青年骨干及海内外领军科学家,打造一支年轻有活力、多学科融合的前沿创新团队。

   深圳先进院于2017年成立了合成生物学研究所(筹),基斯林院士领衔的合成生物化学中心就隶属该研究所。

   合成所(筹)获批了“广东省合成基因组学重点实验室”、“深圳市人工诊疗微生物自动化合成工程实验室”、“深圳市合成基因组学重点实验室”等科研平台项目。作为牵头单位于2018年获批“深圳合成生物研究重大科技基础设施”和“深圳市合成生物学研究院”。

   深圳合成生物研究重大科技基础设施将是我国首个将软件控制、硬件设备和合成生物学应用进行整合的大型规模化合成生物制造系统,对于执行国家重大研究计划与科研项目不可或缺。它基于智能化、自动化及高通量设备,将搭建用于多维度人造生命的合成、组装、植入、激活与测试的生产线,并结合设计软件与机器学习的深度研发,建立合成生物理性设计与工程化试错相结合的核心平台。

   深圳市合成生物学研究院将以掌握生物系统的基本运作原理为核心科学目标,遵循合成生物学从“造物致知”(理论基础)到“造物致用”(应用示范)的科学发展规律,并辅以关键技术和软科学的支撑,将围绕生命体计算设计、合成再造与人工调控等核心科学问题布局。研究院将与大设施的运营“一体设计,同步推进”,打造“开放、竞争、合作”的“引人才,用人才,育人才,留人才,出成果” 创新平台。
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