生物與分子智造研究院：開(kāi)啟天工開(kāi)物新時(shí)代

□文/ 吳 健 浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心生物與分子智造研究院

建設(shè)背景

合成生物學(xué)是催生原創(chuàng)突破、學(xué)科交叉融合的前沿學(xué)科，成為繼“DNA 雙螺旋發(fā)現(xiàn)”所催生的分子生物學(xué)革命、“人類基因組計(jì)劃”實(shí)施所催生的基因組學(xué)革命之后的第三次生物技術(shù)革命。2022 年5 月，國(guó)家發(fā)改委印發(fā)《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，明確打造國(guó)家生物技術(shù)戰(zhàn)略科技力量，加快突破生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展瓶頸，實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)。2023年2月，浙江省委省政府出臺(tái)《關(guān)于培育發(fā)展未來(lái)產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，致力打造全國(guó)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)制造中心。

建設(shè)目標(biāo)

2020 年8 月，杭州科創(chuàng)中心正式啟動(dòng)建設(shè)生物與分子智造研究院，由浙江省特級(jí)專家楊立榮擔(dān)任領(lǐng)域首席科學(xué)家，圍繞基于大數(shù)據(jù)的第四研究范式的重大需求和挑戰(zhàn)，創(chuàng)建BTIT/CTIT 深度融合的學(xué)科匯聚高地，引育領(lǐng)域交叉復(fù)合型拔尖創(chuàng)新人才，依托高通量自動(dòng)化科學(xué)裝置，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)，推動(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的物質(zhì)智造研究新范式變革，實(shí)現(xiàn)顛覆性原創(chuàng)科技成果產(chǎn)出。

研究方向：自動(dòng)化科學(xué)裝置的BTIT/CTIT 深度融合、基于合成生物學(xué)的生物智造、基于合成生物學(xué)的生命健康、功能導(dǎo)向的分子與材料精準(zhǔn)創(chuàng)制。

建設(shè)成效

■共創(chuàng)未來(lái)，集結(jié)高水平團(tuán)隊(duì)

積極引育合成生物學(xué)、新物質(zhì)智造與人工智能領(lǐng)域交叉創(chuàng)新型人才，以學(xué)術(shù)帶頭人為核心，合理布局科研梯隊(duì)，打造學(xué)術(shù)共同體。下設(shè)合成生物研究所、分子智造研究所、智能醫(yī)藥研究所、AI 交叉中心，匯聚生物、化工、化學(xué)、信息科學(xué)等多學(xué)科人才近150 人，其中，浙江省特級(jí)專家1人，國(guó)家杰青、長(zhǎng)江講席學(xué)者3人，國(guó)家級(jí)青年人才11人，杭州市“西湖明珠工程”海外人才2人，為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的合成生物和分子智造科研提供有力支撐。

■觸摸未來(lái)，建成領(lǐng)先科學(xué)裝置

為推動(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的物質(zhì)智造研究范式變革，研究院建成了全球合成生物學(xué)研究領(lǐng)域規(guī)模最大、集成度最高的全流程、高通量自動(dòng)化科學(xué)裝置iBioFoundry；融合國(guó)際前沿的自動(dòng)化機(jī)器人技術(shù)、微流控技術(shù)、高通量合成和表征技術(shù)以及人工智能AI 技術(shù)的自動(dòng)化分子智造科學(xué)裝置iChemFoundry。裝置均已上線杭州科創(chuàng)中心大型儀器共享平臺(tái)，對(duì)外開(kāi)放共享。目前，iBioFoundry 平均每天可以創(chuàng)建2000 個(gè)人工細(xì)胞，和人工操作相比，工作效率提高2個(gè)數(shù)量級(jí)以上，依托iChemFoundry 已成功獲批國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目。這兩套裝置的投入運(yùn)行，結(jié)合BTIT/CTIT 深度融合研究，將大幅提升效率，進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)生物與分子智造。

■洞見(jiàn)未來(lái)，攻克關(guān)鍵核心技術(shù)

始終瞄準(zhǔn)合成生物和分子智造國(guó)際前沿挑戰(zhàn)和國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，在前沿基礎(chǔ)和應(yīng)用領(lǐng)域展開(kāi)深入研究，凝練重大成果，破解相關(guān)行業(yè)“卡脖子”技術(shù)難題。累計(jì)獲批國(guó)家級(jí)、省部級(jí)科研項(xiàng)目48個(gè)，其中，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目2 個(gè)，三重項(xiàng)目4 個(gè)；申請(qǐng)國(guó)內(nèi)國(guó)際專利168 件；發(fā)表各類高水平論文169 篇，其中，CNS 主刊2篇、子刊12 篇。相關(guān)課題獲教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，浙江省科學(xué)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。此外，還成功獲批“化工功能材料智能設(shè)計(jì)與制造浙江省工程研究中心”“工業(yè)生物催化國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室”共建單位，擔(dān)任浙江省合成生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟理事長(zhǎng)單位。

4 年來(lái)，高質(zhì)量科研成果競(jìng)相涌現(xiàn)：自主研制貝殼芯片助力2022 北京冬奧會(huì)運(yùn)動(dòng)員興奮劑檢測(cè)工作，并在2023杭州亞運(yùn)會(huì)發(fā)揮重要作用；在國(guó)際上率先揭示II型CRISPR可編程基因編輯系統(tǒng)中crRNA 與tracrRNA 匹配的可編程性機(jī)制，并基于該機(jī)制原創(chuàng)發(fā)明了高特異性SARS-CoV-2病毒RNA傳感器AGATHA；在畢赤酵母中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)春質(zhì)堿的從頭合成，助力抗癌藥物研制；開(kāi)發(fā)針對(duì)蛋白質(zhì)語(yǔ)言的預(yù)訓(xùn)練大模型，打造類GPT大模型驅(qū)動(dòng)的智能鑄造工廠。

■引領(lǐng)未來(lái)，開(kāi)啟造物新時(shí)代

面向國(guó)家和區(qū)域重大需求，以產(chǎn)業(yè)為導(dǎo)向，開(kāi)展有組織、有體系的科研攻關(guān)，科研成果質(zhì)量不斷提升，多項(xiàng)成果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用：獲得了酶活高、專一性強(qiáng)的脂肪酶和腈水合酶，應(yīng)用于醫(yī)藥和精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)，建成了年產(chǎn)千噸級(jí)有機(jī)溶劑中化學(xué)-酶法S-生物菊酯的生產(chǎn)線，并解決了中國(guó)最后一個(gè)重大維生素品種的制造難題，建成了年產(chǎn)2萬(wàn)噸煙酰胺生產(chǎn)線；高純度含氟聚合物、電子特氣等多類產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破和應(yīng)用，為電子化學(xué)材料國(guó)產(chǎn)化提供有力技術(shù)支撐；開(kāi)發(fā)了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核級(jí)高精度無(wú)硅濾材，解決了核級(jí)濾芯主要依賴進(jìn)口的“卡脖子”難題。

4 年來(lái)，持續(xù)與行業(yè)龍頭企業(yè)簽訂產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目，共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，加快促進(jìn)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈-人才鏈深度融合，推動(dòng)高水平科技自立自強(qiáng)行穩(wěn)致遠(yuǎn)，助力地方產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

■暢想未來(lái)，不斷提升聲譽(yù)影響

圍繞數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的合成生物、分子智造研究方向，聚焦全球熱點(diǎn)課題，先后多次舉辦國(guó)內(nèi)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，在學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界反響熱烈，大大提升了領(lǐng)域內(nèi)的知名度。2020年以來(lái)，成功舉辦了第一屆工程生物鑄造全國(guó)論壇，第一、第二屆自動(dòng)化智能分子制造會(huì)議暨世界人工智能大會(huì)分論壇，第26 屆微全分析系統(tǒng)會(huì)議，第四屆中日生物催化與轉(zhuǎn)化學(xué)術(shù)論壇等重大學(xué)術(shù)會(huì)議，會(huì)議的成功舉辦為業(yè)界專家學(xué)者及行業(yè)從業(yè)者搭建了高品質(zhì)學(xué)術(shù)交流平臺(tái)，兩套自動(dòng)化科學(xué)裝置iBioFoundry 和iChemFoundry得到廣泛關(guān)注和認(rèn)可，聲譽(yù)和影響力大大提升。

未來(lái)展望

奮楫者先，創(chuàng)新者強(qiáng)。生物與分子智造研究院全體員工積極踐行和發(fā)揚(yáng)科學(xué)家精神，把個(gè)人理想追求融入實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的奮斗歷程，研究院從實(shí)驗(yàn)室建設(shè)到正式運(yùn)作、從人才引育到成果溢出，實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從有到優(yōu)的蝶變與突破，領(lǐng)跑生物和分子智造新賽道。未來(lái)，研究院將繼續(xù)聚焦開(kāi)展有組織科研、引育高水平人才、培育戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)三大核心任務(wù)，服務(wù)全省生物、化工、材料等戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展，助力浙江省“315”科技創(chuàng)新體系戰(zhàn)略任務(wù)實(shí)施，助力生命健康、新材料創(chuàng)新高地建設(shè)，開(kāi)啟“天工開(kāi)物”。■