天津工业生物所和亚马逊云科技联合推动合成生物学发展

中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称“天津工业生物所”）与亚马逊云科技联合举办了“生物计算设计”沟通会，就如何利用BT+IT结合助力合成生物学发展进行了交流和探讨。

作为中国合成生物学领域的核心力量，天津工业生物所由中国科学院和天津市人民政府共建，承担了多项合成生物学、绿色生物制造等重点研发任务。2019年，天津工业生物所成立了生物设计中心平台实验室，并与亚马逊云科技共同探索生物技术和信息技术相结合的技术体系（BT+IT），以推动合成生物学的发展，并为健康、能源、农业和环境等领域的重大突破提供技术支撑。该中心已推出了20多项生物计算设计工具和软件应用，其中包括全球首个基于图数据库的大肠杆菌调控代谢关系知识图谱ERMer和全流程高通量编辑序列设计云平台AutoESD等。采用云原生的开发方式，大幅缩短了开发时间，降低了总体运行成本，使团队能够专注于业务代码和创新。

图数据库有助于构建专业的大肠杆菌调控代谢知识图谱，提高科研效率

细胞中的代谢调控非常复杂，一个特定的细胞功能往往由一系列不同类型的代谢途径相互作用决定。这些不同类型的调控数据通常分布在各个不同的数据库中，使得生物学家很难仅关注与所研究的代谢物/蛋白质密切相关的一两类相互作用来识别这种复杂的调控级联关系。因此，将这些不同类型的调控相互作用集中在一起，并提供方便的交互方式，将极大地方便生物学家挖掘和理解生物体内的复杂调控关系。天津工业生物所的生物设计中心团队联合亚马逊云科技团队在计算生物学国际期刊《Nucleic Acids Research》上发表了一篇文章，发布了全球首个基于图数据库Amazon Neptune的大肠杆菌调控代谢关系知识图谱ERMer，并首次提供了全局的代谢调控图谱。ERMer采用专门为高度关联的复杂数据集的高效存储和查询设计图数据库架构，打破了传统的低效数据检索方式，实现了用户和图谱的高效交互，大大降低了使用门槛。此外，为充分发挥知识图谱的价值，生物设计中心团队还采用基于图神经网络技术进行推理，成功实现了转录因子预测和转录因子靶点预测等功能，这将有助于挖掘潜在的关键调控因子和调控靶点，构建新的调控代谢网络，为研究人员提供了新的思路和方向。该研究成果的推出，有望为合成生物学的发展注入新的活力，推动其在各领域的应用和发展。

模块化和标准化是合成生物学领域的关键技术，其区别于传统发酵行业，可以实现更高的自动化和高通量研究能力。在这个过程中，对实验流程的模块化和标准化也是不可或缺的一环。天津工业生物所生物设计中心团队开发了全球第一个可以在所有操作类型、任何基因组位点和跨物种上进行精确、自动化和高通量编辑序列设计的云平台AutoESD，其开发采用基于云端的无服务器架构，保证了高可靠性、稳健性和可扩展性。该平台可以并行处理包含上千个编辑序列设计目标的数百个设计任务，采用可视化的工作流管理实现了编辑序列设计工作流的串联，从而实现应用的快速构建和更新，并且能够快速查询和处理异常任务。该平台采用了Serverless服务，帮助天津工业生物所团队进一步简化运维，使得开发人员可以更加专注于业务代码和创新。与传统开发方式相比，该平台的开发时间缩短了75%，总体拥有成本降低高达50%。

天津工业生物所团队希望基于亚马逊云科技的先进服务技术和能力，开展更多BT+IT的研发工作，进一步助力研究所在合成生物领域的科研探索，并提升其国际影响力。亚马逊云科技中国区商用与公共市场事业部总经理李晓芒表示，亚马逊云科技为全球数千家生命科学领域客户提供云服务和行业解决方案，助力生命科学数字化创新，其与天津工业生物所一道通过云技术和深厚的行业实践推动合成生物学领域的技术进步，开拓生物制造产业的数字化创新路径。天津工业生物所生物设计中心主任马红武表示，亚马逊云科技提供的图数据库和Serverless服务，突破传统的开发模式，提升研发效率，不断优化云上成本，生物技术和信息技术相结合的技术体系将进一步推动合成生物领域的发展和创新。