受疫情影响，第八届“生物化工技术创新及产业发展研讨会”暨“第四届生物化工青年学者论坛”延期举办，但是疫情不能阻断学术交流的热情。7月10日上午圆满召开的“生物化工2020云端学术论坛——绿色生物制造专题”，获得大家的好评，所以组织第二期合成生物学专题。2020年7月31日上午，“生物化工2020云端学术论坛——合成生物学专题海外专场”通过腾讯会议平台顺利召开，会议由中国化工学会生物化工专业委员会主办，江南大学生物工程学院和南京工业大学《生物加工过程》编辑部承办，中化化工科学技术研究总院、南京理工大学和天津科技大学作为支持单位。

      本次论坛邀请了5位来自欧美的海外华人学者，美国伊利诺伊大学香槟分校的赵惠民教授、佐治亚大学的闫亚军教授、马里兰大学（Baltimore分校）的徐鹏助理教授、丹麦技术大学的张杰研究员和查尔姆斯理工大学的陈云课题组长，分享他们在合成生物学前沿的创新研究，给国内生物化工领域的学者，特别是青年学者交流学习的机会。

      会议伊始，中国化工学会生物化工专业委员会伍振毅秘书长致辞，他简要介绍了本次合成生物学海外专场的组织情况，特别指出，为了解决进会议室听报告人数少的问题，此次论坛同时开直播，以便更多的人聆听报告。天津科技大学钟成教授主持了5场报告。

      首先，赵惠民教授做了“Synthetic Biology: Putting Synthesis into Biology”的报告。赵老师分享了他们开发定向进化技术解决合成生物学难题的经典案例。他首先介绍了课题组和Thermo公司联合开发的自动化合成生物学研究平台iBioFAB，这个平台可以通过设计程序实现分子生物学操作如分子克隆、质粒组装、蛋白纯化等过程的智能化与自动化。随后，赵惠民介绍了他将iBioFAB与定向进化思路结合，开发了CRISPR-AID、CHAnGE、RAGE等一系列针对基因、蛋白质、代谢产物等不同层次的定向进化策略，可以在短时间内完成高通量的突变和定向筛选工作。在筛选新药物分子、构建新代谢通路以及基因表达回路的优化等方面都做出了令人振奋的结果。

      接着，闫亚军教授做了“Engineering a pyruvate-driven metabolic system to enhance microbial synthesis”的报告。他认为，在绿色生物制造方面，微生物系统的合成能力具有很大的潜力。为了完全释放微生物系统的合成潜能，增强它的合成效率，这就需要在构建高效的生物合成路径和高产菌株的开发方面来努力。在这些方面的工作不仅需要发现或开发优质的酶用于代谢过程，而且还需要重新设计细胞代谢过程和调节方案来获得更高的生物合成效率。闫老师分享了课题组以糖酵解途径中的关键中间体——丙酮酸为驱动力构建的一个新型工程化代谢体系来达到关联细胞生长和产物合成目的。该体系通过强制性增强细胞的生长，消除由代谢负担引起的种种限制以及遗传型或非遗传型变异，他们在大肠杆菌（Escherichia coli）中构建并证实了这个体系，并以体系来生物合成邻氨基苯甲酸——一个多功能的平台化合物，它可用于合成多种高价值的化合物。

      接着，马里兰大学（Baltimore分校）的徐鹏助理教授做了“The marriage of synthetic biology and metabolic engineering for intelligent bioproduction”的报告。他发现基于基因线路、微生物菌群和智能控制的理论，结合负向反馈控制的反相门逻辑以及代谢成瘾特性，使得工程化的产油耶氏酵母菌株能够动态分配代谢碳流并长期维持菌株的生产稳定性。该课题组巧妙利用识别脂肪酸的转录因子Por1，动态驱动dCas9和gRNA的合成，所形成的 dCas9-gRNA 复合体能够动态抑制产油耶氏酵母脂肪酸合成的关键酶（FAS1，FAS2和FabD)，从而提高了黄酮的得率。以必须氨基酸亮氨酸为响应因子，利用代谢成瘾策略，实现了目标代谢产物黄酮与菌体生产的耦联，从而解决酵母菌株传代培养的退化问题，也可以将回复突变的菌株 “淘汰出局”。进一步通过数学模型，徐鹏博士证实了代谢成瘾能够有效降低菌株的自发回复突变。通过结合监督警告、正向激励和淘汰出局的策略，工程化的菌株能够智能地分配代谢前体物质malony-CoA，传代320次以后，工程菌株尚能维持91.5% 的黄酮产量，大大地提高工业菌株的生产稳定性，在工程菌大规模放大培养中将会显著提高经济效益。（此工作的全文链接为  https://doi.org/10.1016/j.ymben.2020.05.005。第一作者吕永坤博士目前就职于郑州大学化学工程学院，曾受国家留学基金委“优秀博士生项目”资助，是他在徐鹏课题组交流访问一年的工作）。

      接着，丹麦技术大学的张杰研究员做了“Combining mechanistic and machine-learning models for engineering of tryptophan metabolism”的报告。代谢工程已被广泛应用于开发细胞工厂来生产化工产品。然而，由于生物系统的高度复杂性，根据现有模型的理性设计和改造细胞工厂的精准性还十分有限。在此背景下，利用大量数据为基础的预测和机器学习具有很大潜力。因此，张老师分享他们的实验结果：他们利用基因组模型选择了5个对色氨酸合成有影响的基因靶点，通过CRISPR/Cas9技术对其插入6个不同强度的启动子，构建了组合文库（6⁵=7776），并利用色氨酸感应器连接荧光信号分析随机选取的250个表型。通过整合基因型、细胞生长和色氨酸传感器数据，测试了多种不同的机器学习模型，成功地利用单次DBTL循环预测新的表型设计，使色氨酸产量提高了74%。由此可见，结合机械模型和机器学习模型可以提供很好的预测能力并加速细胞工厂的开发，为代谢工程和合成生物学研究提供一个新的方法。

      最后，查尔姆斯理工大学的陈云老师做了“进化工程在菌株的代谢工程改造中的应用”的报告。成生物学和代谢工程在现代工业生物技术应用中发挥越来越大的作用。在菌株的代谢工程改造过程中常常会整合进化工程以帮助代谢工程的优化，加速新型细胞工厂的构建。特别是当菌株的理想表型背后的遗传背景和分子机制尚不清楚；或是表观性状相对比较复杂，难以通过简单的分子遗传操作得以实现，这时进化工程就是一个相对非常有效的工具。张老师分享三个实例来说明进化工程在酵母菌株改造中的应用：①提高菌株对目标产物——三个二元酸的耐受性，以及通过反向工程验证了转运蛋白是实现这一表型背后的主要机制。并以粘抗酸为例进一步验证了这一靶点对于促进菌株生产的影响。②提高菌株对高温的耐受性，并通过转录和代谢组学分析发现细胞膜结构的改变是实现耐高温的主要机制。③改造菌株成为乙酰辅酶A的平台菌株，并成功实现Crabtree效应的消除。发现这一背后的机制主要是通过突变二型RNA聚合酶的一个亚基得以实现全局性的代谢调控。这些应用实例充分说明了进化工程对于改造菌株未知和复杂表型的巨大潜力。

      通过会议室及直播平台参与此次论坛学习的师生超过600人。会议期间，大家就自己关心和有兴趣的内容与报告专家进行讨论，气氛相当热烈。