天津工業(yè)生物所和亞馬遜云科技聯(lián)合推動合成生物學發(fā)展

中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所（以下簡稱“天津工業(yè)生物所”）與亞馬遜云科技聯(lián)合舉辦了“生物計算設計”溝通會，就如何利用BT+IT結合助力合成生物學發(fā)展進行了交流和探討。

作為中國合成生物學領域的核心力量，天津工業(yè)生物所由中國科學院和天津市人民政府共建，承擔了多項合成生物學、綠色生物制造等重點研發(fā)任務。2019年，天津工業(yè)生物所成立了生物設計中心平臺實驗室，并與亞馬遜云科技共同探索生物技術和信息技術相結合的技術體系（BT+IT），以推動合成生物學的發(fā)展，并為健康、能源、農業(yè)和環(huán)境等領域的重大突破提供技術支撐。該中心已推出了20多項生物計算設計工具和軟件應用，其中包括全球首個基于圖數(shù)據庫的大腸桿菌調控代謝關系知識圖譜ERMer和全流程高通量編輯序列設計云平臺AutoESD等。采用云原生的開發(fā)方式，大幅縮短了開發(fā)時間，降低了總體運行成本，使團隊能夠專注于業(yè)務代碼和創(chuàng)新。

圖數(shù)據庫有助于構建專業(yè)的大腸桿菌調控代謝知識圖譜，提高科研效率

細胞中的代謝調控非常復雜，一個特定的細胞功能往往由一系列不同類型的代謝途徑相互作用決定。這些不同類型的調控數(shù)據通常分布在各個不同的數(shù)據庫中，使得生物學家很難僅關注與所研究的代謝物/蛋白質密切相關的一兩類相互作用來識別這種復雜的調控級聯(lián)關系。因此，將這些不同類型的調控相互作用集中在一起，并提供方便的交互方式，將極大地方便生物學家挖掘和理解生物體內的復雜調控關系。天津工業(yè)生物所的生物設計中心團隊聯(lián)合亞馬遜云科技團隊在計算生物學國際期刊《Nucleic Acids Research》上發(fā)表了一篇文章，發(fā)布了全球首個基于圖數(shù)據庫Amazon Neptune的大腸桿菌調控代謝關系知識圖譜ERMer，并首次提供了全局的代謝調控圖譜。ERMer采用專門為高度關聯(lián)的復雜數(shù)據集的高效存儲和查詢設計圖數(shù)據庫架構，打破了傳統(tǒng)的低效數(shù)據檢索方式，實現(xiàn)了用戶和圖譜的高效交互，大大降低了使用門檻。此外，為充分發(fā)揮知識圖譜的價值，生物設計中心團隊還采用基于圖神經網絡技術進行推理，成功實現(xiàn)了轉錄因子預測和轉錄因子靶點預測等功能，這將有助于挖掘潛在的關鍵調控因子和調控靶點，構建新的調控代謝網絡，為研究人員提供了新的思路和方向。該研究成果的推出，有望為合成生物學的發(fā)展注入新的活力，推動其在各領域的應用和發(fā)展。

模塊化和標準化是合成生物學領域的關鍵技術，其區(qū)別于傳統(tǒng)發(fā)酵行業(yè)，可以實現(xiàn)更高的自動化和高通量研究能力。在這個過程中，對實驗流程的模塊化和標準化也是不可或缺的一環(huán)。天津工業(yè)生物所生物設計中心團隊開發(fā)了全球第一個可以在所有操作類型、任何基因組位點和跨物種上進行精確、自動化和高通量編輯序列設計的云平臺AutoESD，其開發(fā)采用基于云端的無服務器架構，保證了高可靠性、穩(wěn)健性和可擴展性。該平臺可以并行處理包含上千個編輯序列設計目標的數(shù)百個設計任務，采用可視化的工作流管理實現(xiàn)了編輯序列設計工作流的串聯(lián)，從而實現(xiàn)應用的快速構建和更新，并且能夠快速查詢和處理異常任務。該平臺采用了Serverless服務，幫助天津工業(yè)生物所團隊進一步簡化運維，使得開發(fā)人員可以更加專注于業(yè)務代碼和創(chuàng)新。與傳統(tǒng)開發(fā)方式相比，該平臺的開發(fā)時間縮短了75%，總體擁有成本降低高達50%。

天津工業(yè)生物所團隊希望基于亞馬遜云科技的先進服務技術和能力，開展更多BT+IT的研發(fā)工作，進一步助力研究所在合成生物領域的科研探索，并提升其國際影響力。亞馬遜云科技中國區(qū)商用與公共市場事業(yè)部總經理李曉芒表示，亞馬遜云科技為全球數(shù)千家生命科學領域客戶提供云服務和行業(yè)解決方案，助力生命科學數(shù)字化創(chuàng)新，其與天津工業(yè)生物所一道通過云技術和深厚的行業(yè)實踐推動合成生物學領域的技術進步，開拓生物制造產業(yè)的數(shù)字化創(chuàng)新路徑。天津工業(yè)生物所生物設計中心主任馬紅武表示，亞馬遜云科技提供的圖數(shù)據庫和Serverless服務，突破傳統(tǒng)的開發(fā)模式，提升研發(fā)效率，不斷優(yōu)化云上成本，生物技術和信息技術相結合的技術體系將進一步推動合成生物領域的發(fā)展和創(chuàng)新。