中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（記者 王瓊 通訊員 楊芳）近日，南京工業(yè)大學(xué)跨學(xué)科師生團(tuán)隊(duì)成功創(chuàng)制“智能細(xì)胞工廠”，利用葡萄糖同步生產(chǎn)能生物合成“生物基聚酰胺PA54”的兩種物質(zhì)“生物基尸胺”和“生物基琥珀酸”。該研究破解傳統(tǒng)工藝環(huán)保痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)酸堿自中和與原位二氧化碳固定，取得了環(huán)境友好和碳減排的雙重效果，打造了一種聚酰胺綠色低碳的生產(chǎn)方式。

生物基聚酰胺作為一種性能優(yōu)異的生物基材料，廣泛應(yīng)用于紡織、工程塑料等領(lǐng)域，生物基聚酰胺PA54是聚酰胺家族的新成員，也是家族里的“環(huán)保優(yōu)等生”，然而其須由“生物基尸胺”和“生物基琥珀酸”兩種物質(zhì)生物合成。該團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜指導(dǎo)教師陳可泉教授告訴記者，以往制造生物基聚酰胺PA54需先請(qǐng)兩個(gè)不同的微生物團(tuán)隊(duì)，一個(gè)專(zhuān)門(mén)制造生物基尸胺，另外一個(gè)專(zhuān)門(mén)制造生物基琥珀酸。“就像做飯，得去A廚房蒸饅頭，再去B廚房燉排骨，不僅流程長(zhǎng)且復(fù)雜，而且兩者工作時(shí)還會(huì)浪費(fèi)資源，產(chǎn)生沒(méi)用的廢棄物。”指導(dǎo)教師之一馮嬌副教授形象地補(bǔ)充道，“我們是把以前兩個(gè)各自生產(chǎn)、浪費(fèi)嚴(yán)重的作坊，變成了一個(gè)高效、自給自足，還能‘內(nèi)部消化垃圾’的‘全能一體廚房’?！?/p>

團(tuán)隊(duì)總隊(duì)長(zhǎng)、南工大生物與制藥工程學(xué)院生物工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生朱楚寧介紹，在項(xiàng)目中，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了“干實(shí)驗(yàn)”與“濕實(shí)驗(yàn)”雙軌并行的研發(fā)策略，形成“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-驗(yàn)證-優(yōu)化”的閉環(huán)，極大提升了研發(fā)的精準(zhǔn)性與效率。

干實(shí)驗(yàn)組主要進(jìn)行線上設(shè)計(jì)，搭建多尺度計(jì)算框架，通過(guò)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬、酶理性設(shè)計(jì)、代謝網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化三大模塊為濕實(shí)驗(yàn)組提供改造位點(diǎn)。其中利用AI輔助設(shè)計(jì)與理性改造，對(duì)關(guān)鍵酶——賴(lài)氨酸脫羧酶進(jìn)行優(yōu)化，使其酶活性提升113%。

濕實(shí)驗(yàn)組主要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，他們利用合成生物學(xué)手段為菌株安裝了“基因開(kāi)關(guān)”，改造了關(guān)鍵酶、調(diào)控了輔因子，精準(zhǔn)控制實(shí)現(xiàn)了“一菌雙產(chǎn)”。“為了打造智能細(xì)胞工廠，我們選用大腸桿菌NT1003作為‘底盤(pán)細(xì)胞’，通過(guò)合成生物學(xué)手段，對(duì)其進(jìn)行了精巧的設(shè)計(jì)改造?！睗駥?shí)驗(yàn)組組長(zhǎng)鹿晨曦介紹道，通過(guò)一個(gè)工程改造的大腸桿菌在有氧階段智能地生長(zhǎng)積累前體物質(zhì)，在厭氧階段同步生產(chǎn)“生物基尸胺”和“生物基琥珀酸”兩個(gè)產(chǎn)物。

據(jù)了解，除了技術(shù)突破，該團(tuán)隊(duì)高度重視科普與推廣，制定了“洞察—啟動(dòng)—改進(jìn)”的人類(lèi)實(shí)踐模型，即挖掘社會(huì)需求與行業(yè)痛點(diǎn)，推進(jìn)相關(guān)項(xiàng)目實(shí)踐，再對(duì)實(shí)踐過(guò)程優(yōu)化完善，通過(guò)與企業(yè)、高校和公眾的積極互動(dòng)，普及生物基材料知識(shí)，提升社會(huì)對(duì)綠色制造的理解與接納。朱楚寧表示，未來(lái)團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)推動(dòng)“智能細(xì)胞工廠”的實(shí)際應(yīng)用，讓合成生物學(xué)的創(chuàng)新成果真正賦能環(huán)保產(chǎn)業(yè)，助力綠色低碳發(fā)展。