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查看更多合生萬物 未來可期丨合成生物學研究先鋒側(cè)記(一)中國科學院大連化物所周雍進研究員:真正的創(chuàng)新,往往始于“意外”
前言
合成生物學作為“第三次生物技術(shù)革命”,融合了生物學、工程學和信息學,正在從藥物研發(fā)到綠色制造等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。中國在這一領(lǐng)域的快速發(fā)展,既得益于政策支持,更離不開科學家們的前沿探索和創(chuàng)新突破——其中分析測試技術(shù)的進步與科學家的研究實踐密不可分,二者相互促進共同推動著學科發(fā)展。為展現(xiàn)中國科學家在這一全球競爭中的關(guān)鍵作用,我們開設《合成生物學研究先鋒側(cè)記》欄目,首篇聚焦中國科學院大連化學物理研究所周雍進研究員。這位從食品科學跨界而來的科學家,其科研歷程不僅體現(xiàn)了科學探索的執(zhí)著,更折射出中國合成生物學從跟跑到并跑,甚至領(lǐng)跑全球的雄心。

周雍進老師的研學歷程始于江南大學的食品科學專業(yè)。那時的他敏銳地意識到,未來的食品研究必須深入到分子層面才能取得突破。這個超前的判斷讓他本科畢業(yè)后一路從天津大學的生物化工專業(yè)碩士班,走到了瑞典查爾姆斯理工大學的國際前沿課題組。在國外學習的四年里,他不僅拓寬了視野,更學會了如何結(jié)合基礎研究與產(chǎn)業(yè)化應用。這種“既仰望星空,又腳踏實地”的理念,成為他后來科研創(chuàng)新的重要邏輯。
2017 年,周雍進老師回到大連化物所,開始了一項大膽的嘗試:用甲醇替代傳統(tǒng)的糖類作為微生物發(fā)酵的原料。他帶領(lǐng)團隊利用酵母實現(xiàn)甲醇高效轉(zhuǎn)化——讓這些微生物“吃”進甲醇,“吐”出高價值的化學品,為綠色生物制造提供了全新路徑。
這個方向看似冒險,卻直擊中國生物制造的兩大痛點:既要突破耕地資源對糖類原料的限制,又要實現(xiàn)“雙碳”目標下的綠色轉(zhuǎn)型。甲醇可以從劣質(zhì)煤或二氧化碳中獲取,如果能馴化微生物高效利用它,就相當于為生物制造打開了一扇新的大門。但這條路并不好走,甲醇在代謝過程中產(chǎn)生的甲醛對細胞具有致命毒性,早期的實驗中,菌株往往“全軍覆沒”。
面對挑戰(zhàn),周雍進老師沒有退縮。他帶領(lǐng)團隊通過定向進化等方法,逐步提高微生物對甲醇的耐受性,最終讓細胞在 2% 的甲醇濃度下存活——這看似微小的數(shù)字,卻是從零到一的質(zhì)變。如今,他們的“酵母細胞工廠”已經(jīng)能生產(chǎn) 3-羥基丙酸等化學品,成本逐漸逼近傳統(tǒng)糖基路線。他一直堅持自己的科研哲學:“科研不是‘又快又好’,而是慢工出細活。就像地球從高溫混沌到生命誕生,生物的精密設計需要時間。”這種尊重科學規(guī)律的態(tài)度,讓他的團隊在一次次“意外”中發(fā)現(xiàn)驚喜。比如,原本想強化木糖利用的實驗,卻意外提高了葡萄糖的代謝效率。這種“撿貝殼”般的偶然發(fā)現(xiàn),恰恰是科研最迷人的地方。
在合成生物學的探索中,先進的分析測試技術(shù)就像科學家的“眼睛”和“尺子”。周雍進老師特別提到,生物系統(tǒng)復雜,細胞工廠的構(gòu)建需要多組學數(shù)據(jù)助力深入了解通路的代謝機制,后續(xù)細胞工廠的迭代優(yōu)化也需要高通量的儀器設備實現(xiàn)對高產(chǎn)菌株的高效篩選。安捷倫的儀器平臺及綜合解決方案為課題組的研究提供了關(guān)鍵支持。比如在利用甲醇作為碳源在多形漢遜酵母細胞中合成 PLA(聚乳酸)的工作中,安捷倫的 LCMS 及 GCMS 無論對 PLA 結(jié)構(gòu)解析、聚合度分析還是對其的定量分析上都提供了重要的數(shù)據(jù);此外,安捷倫的代謝組和代謝流方案對探究甲醇作為碳源底物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化途徑及了解通路的動態(tài)活動,都可以提供全流程的解決方案,促進課題組細胞工廠構(gòu)建的高效研究。這些技術(shù)幫助團隊在微觀世界里“看得更清、測得更準”。周雍進老師經(jīng)常提到:“合成生物學的復雜性,要求分析技術(shù)必須與研究目標深度耦合。”這正是他與安捷倫的核心理念,而這種產(chǎn)學研的緊密協(xié)作,正是中國合成生物學快速發(fā)展的重要助力。
展望未來,周雍進老師相信,中國完全可能誕生生物基時代的世界頂尖企業(yè)。但這需要長期投入——從底層技術(shù)的持續(xù)突破,到化學、生物、工程等多學科的深度融合。正如他所言:“真正的創(chuàng)新往往始于意外,但要把意外變成必然,離不開扎實的基礎和開放的合作。”在這條通向綠色制造的道路上,中國科學家們正用智慧和堅持,書寫著屬于自己的篇章。
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