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天津大学元英进讲座预告
来  源: 药学院 日  期: 2017-11-23 点击率: 1189
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    报告题目:化学再造基因组重排系统
    报告人:天津大学元英进教授
    报告时间:2017年11月27日上午9:00
    报告地点:新教1006
    报告人简介:
    国家杰出青年基金获得者,国家基金委创新群体负责人,基金委化学部咨询委员,教育部科技委化学化工学部副主任,“973”首席科学家,Fellow of IchemE,国家教学名师,系统生物工程教育部重点实验室主任。发表包括SCI论文200余篇,申请专利100余项。  元英进教授在国内较早发起并从事合成生物学研究,近5年的主要研究成果主要聚焦在合成生物学领域的真核生物基因组设计合成方面,创建了合成基因组生长缺陷靶点高效定位技术,建立了基于多靶点片段共转化的基因组精确修复技术和DNA大片段重复的修复技术,实现了真核染色体化学合成序列与设计序列的完美匹配。
    代表性论文:
    [1] Z.-X.Xie+,B.-Z.Li+,… Y.-J.Yuan*.Science,2017,355(6329),eaaf4704.
    [2] Y.Wu+,B.-Z.Li+,…Y-J.Yuan*.Science,2017,355(6329),eaaf4706.
    [3] Y.Liu+,...Y.-J.Yuan*.Energy Environ Sci,2017,10,1600-1609.
    [4] G.-Z.Jiang,...W.-H.Xiao*,Y.-J.Yuan.Metab Eng,2017,41,57-66.
    [5] Y.-X.Cao+,…Y.-J.Yuan*.Metab Eng,2016,38,19-28.
    [6] Y.-X.Cao+,...Y.-J.Yuan*.Metab Eng.2015,29,113-23.
    [7] Y.Luo+,B.-Z.Li+,D.Liu+,...Y.-J.Yuan*.Chem Soc Rev,2015,44(15),5265-90.
    [8] H.Song+,...Y.-J.Yuan*.Chem Soc Rev,2014,43(20),6954-81.
    [9] J.Du+, ...Y.-J.Yuan*.Metab Eng,2013,19,50-6.
    报告内容:
    DNA编码了生命的遗传信息,生物学正从解读生物基因组序列信息的时代向人工合成基因组的时代转变。合成生物学是继DNA双螺旋结构发现和人类基因组计划之后的“第三次生物科学革命”,基因组的人工设计和化学合成,标志着人类对生物本质的研究进入了生命合成阶段,开启了“设计生命、再造生命和重塑生命”的进程,推动生命科学由理解生命向创造生命延伸,可望在人类健康、环境、能源、农业等领域产生革命性发展。
    “设计-构建-检验-纠错-学习”的循环式研究思路已成为基因组设计合成的一般化流程。病毒和原核生物基因组的化学合成为基因组的从头合成奠定了基础,真核模式生物酿酒酵母基因组的设计合成的里程碑式突破大大加深了对生命本质的认知,显著提升了基因组设计的广度和深度。酿酒酵母基因组的设计合成实现了基因组结构和功能的重塑,获得了定制功能的合成型酿酒酵母染色体,实现了对酿酒酵母基因组的深入认知,并为医药和工业应用提供了极具价值的功能菌株和研究思路。
    化学合成基因组在天然基因组序列的基础上进行重新设计,实现了全基因组尺度上定制化遗传特征的引入。酿酒酵母合成型基因组在设计过程中遵循着以下三点设计原则:功能存活性、遗传稳定性和操作柔性。功能存活性是基因组设计合成的最重要原则。为了保持合成型基因组的功能存活性,特别是为了确保合成型细胞接近天然细胞的生存能力和表型,基因组在设计中保持基因顺序、调控元件和基因间区序列等。在保持基因组的功能存活性的基础上,借助计算机的辅助设计能力向天然基因组中引入大量的定制化“设计”,获得增强了遗传稳定性的全新合成型基因组。操作柔性是指通过添加全新的遗传元件或DNA序列,引入重组位点、添加水印标签、删除部分终止密码子等,增加基因组的操作灵活性和细胞的兼容性,即实现了合成基因组与天然基因组的迅速甄别,又为合成型基因组的快速进化、生物封存、探索最小基因组等未来研究工作提供了全新的研究平台。
    从原核生物支原体、大肠杆菌到真核生物酿酒酵母,基因组设计复杂度逐渐加深,所积累的宝贵经验为GP-write国际计划奠定了基础。在人工智能(AI)的协助下,复杂基因组的设计进度必将大大加快,并从微生物扩展到植物、动物甚至人类,在生物医药、免疫治疗、器官移植、化学品、生物燃料、农业、环境检测等方面产生颠覆性变革,建立新的产业模式,引领新的经济形态,促进社会可持续发展。
    [1] J.D.Watson,F.H.Crick,Nature,1953,171,737-738.
    [2] F.Crick, Nature,1970,227,561-563.
    [3] E.S.Lander,L.M.Linton,B.Birren,et al.,Nature,2001,409,860-921.
    [4] J.C.Venter,M.D.Adams,E.W.Myers,et al.,Science,2001,291,1304-1351.
    [5] M.Margulies,M.Egholm,W.E.Altman,et al.,Nature,2005,437,376-380.
    [6]  Z.-X.Xie,B.-Z.Li,L.A.Mitchell,et al.,Science,2017,355(6329),eaaf4704.
    [7] L.A.Mitchell,A.Wang,G.Stracquadanio,et al.,Science,2017,355(6329),eaaf4831.
    [8] W.Zhang,G.Zhao,Z.Luo,et al.,Science,2017,355(6329),eaaf3981.
    [9] Y.Shen,Y.Wang,T.Chen,et al.,Science,2017,355(6329),eaaf4791.
    [10] Y.Wu,B.Z.Li,M.Zhao,et al., Science,2017,355(6329),eaaf4706.
    [11] S.M.Richardson,L.A.Mitchell,G.Stracquadanio,et al.,Science,2017,355(6329),1040-1044.
    [12] G.Mercy,J.Mozziconacci,V.F.Scolari,et al.,Science,2017,355(6329),eaaf4597.