中国科学院数学与系统科学研究院

科研进展与学术交流报告会

（第104期）

报告人：廖小平 研究员（中国科学院天津工业生物技术研究所）

题  目：工业微生物计算设计与建模

摘  要：工业菌种是生物制造产业看不见的芯片，目前相当比例的核心工业菌种被国外企业掌控，存在“卡脖子“风险。突破专利封锁，构建自主知识产权菌种的核心难题在于菌种的智能设计。工业菌种有其特殊性，为了满足工业属性，其内部的元件、途径等通常需要改造。然而，菌种的基因序列空间巨大，细胞过程调控复杂，传统依赖人工试错的研发模式无法满足需求，开发一个产品往往需要数年的时间，已难以适应现代生物制造产业快速发展的需求。迫切需要开发适合工业微生物的计算建模方法，这是一个典型的多学科交叉的领域，需要生物学、数学、生物信息学、化学工程等多学科知识的综合应用。

生物设计中心团队聚焦围绕元件、途径、菌种的计算设计，构建了运动发酵单胞菌、施氏假单胞菌、产电希瓦式菌、烟草等多个高质量代谢网络模型，并建立大肠杆菌、谷棒杆菌、枯草杆菌嗜热毁丝霉的高精度多约束模型，大幅提升对于细胞代谢的模拟能力；基于代谢网络模型，发展了最优途径设计及可视化平台CAVE和异源途径设计工具QHEPath, 能针对70%的代谢物实现异源/非天然代谢途径设计；开发了蛋白功能预测新AI工具HDMLF、面向反应的酶挖掘与评估工具REME等，加速关键新酶元件的改造设计。形成覆盖"设计-构建-测试-学习"全链条的技术体系，加速菌种迭代创制。在此基础上，团队还发布了合成生物学领域首个基于大语言模型的菌种改造专家系统——SynBioGPT，助力菌种研发模式的进一步创新。