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實(shí)驗室自動(dòng)化為合成生物學(xué)研究裝上“加速器”

點(diǎn)擊次數：1533  更新時(shí)間：2022-07-22

合成生物學(xué)是指將工程科學(xué)的“設計—合成—測試—學(xué)習"（DBTL）理念引入生命科學(xué)，完成具有特定功能的人工生命系統的構建。




合成生命體有高度復雜性，目前缺乏可預測性設計（或理性設計）的指導。這決定了其需要海量的工程化試錯性實(shí)驗，即需要快速、低成本、多循環(huán)地完成DBTL這一閉環(huán)。

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DBTL循環(huán)


PART1
合成生物學(xué)困境
缺乏理性設計和元件
比如，利用分子元件創(chuàng )建基因線(xiàn)路時(shí)，因對基因線(xiàn)路核心設計原理理解有限，且目前仍缺乏元件，人工設計的線(xiàn)路很難達到預期，往往需要數周或數月進(jìn)行反復調整。
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應對這一難題的有效手段，是工程化、大批量測試多種元件及多種線(xiàn)路組合，獲取海量實(shí)驗數據并分析改進(jìn)，以深入掌握基因線(xiàn)路的設計原理，同時(shí)積累大批元件，讓線(xiàn)路的設計變得更加直接和可預測，提高研究效率。


但是，海量的工程化試錯實(shí)驗將遠遠出傳統的人工操作實(shí)驗范疇，因而亟需一種變革性的工程化研究平臺。


PART2
生物鑄造廠(chǎng)
提高理性設計合成生命系統的能力


合成生物學(xué)是指將工程科學(xué)的“設計—合成—測試—學(xué)習"（DBTL）理念引入生命科學(xué)，完成具有特定功能的人工生命系統的構建。

類(lèi)似于工業(yè)的智能制造，在合成生物學(xué)中，也可采用實(shí)驗室自動(dòng)化的解決方案，完成生命體的工程化大批量合成，像該類(lèi)用于合成生物學(xué)研究的自動(dòng)化基礎設施，是上述工程化研究平臺的核心，常被稱(chēng)為生物鑄造廠(chǎng)。





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合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)層級結構


生物鑄造廠(chǎng)在合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)結構里，屬于軟件/硬件層，它能提升合成生物實(shí)驗對象、方法、技術(shù)的標準化和模塊化水平，實(shí)現自動(dòng)化的DBTL閉環(huán)運行與海量工程試錯，從而不斷提高理性設計合成生命系統的能力。


PART3
需求實(shí)例
合成生物學(xué)自動(dòng)化


合成生物學(xué)是指將工程科學(xué)的“設計—合成—測試—學(xué)習"（DBTL）理念引入生命科學(xué)，完成具有特定功能的人工生命系統的構建。

近年來(lái)，合成生物學(xué)行業(yè)對自動(dòng)化的需求與日俱增。各政府早在四年前就紛紛布局生物鑄造廠(chǎng)，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界也表達了對自動(dòng)化的訴求，不少領(lǐng)域內的相關(guān)研究結果更是佐證了這點(diǎn)。


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2018年數據：國內國外布局生物鑄造廠(chǎng)


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學(xué)術(shù)界觀(guān)點(diǎn)：建設理論 (理性設計)、技術(shù) (合成能力)、工程 (自動(dòng)化平臺) 三者相輔相成的合成生物學(xué)體系，以推動(dòng)合成生物學(xué)研究的定量化變革


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工業(yè)界觀(guān)點(diǎn)：生物技術(shù)和數據科學(xué)，創(chuàng )造生物細胞執行各類(lèi)目標功能


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研究結果：通過(guò)構建和測試合成生物學(xué)的自動(dòng)化加速生物燃料研究中的菌株工程




PART 4
合成生物學(xué)賽道
匯像有助力的實(shí)力

匯像目前的自動(dòng)化水平正逐步從單機自動(dòng)化向智能實(shí)驗室轉變。此前已積累多個(gè)標準化流程落地的案例，為多位生物領(lǐng)域的客戶(hù)做過(guò)定制的自動(dòng)化解決方案，還完了國內多個(gè)智能實(shí)驗室的搭建。


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實(shí)驗室自動(dòng)化整體解決方案


而在生物鑄造廠(chǎng)，構建合成生物學(xué)智能化實(shí)驗室，將有諸多優(yōu)勢：


  • 自動(dòng)化、高通量的設備平臺，提高研發(fā)效率


  • 標準化的實(shí)驗方法、算法和流程，提高實(shí)驗的可重復性、可比性


  • 實(shí)驗所積累的過(guò)程數據質(zhì)量高


  • 數據處理工具可對實(shí)驗設置編程，并通過(guò)整理實(shí)驗元數據，確保了錯誤的可追溯性，便于調試


  • 統計分析軟件通過(guò)解析的數據提供未來(lái)實(shí)驗的優(yōu)化線(xiàn)索，實(shí)現DBTL循環(huán)的閉環(huán)


有了多方位的技術(shù)和足夠的案例經(jīng)驗，相信未來(lái)在合成生物學(xué)的賽道上，匯像將助各企業(yè)及研究機構一臂之力。


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結語(yǔ)


合成生物學(xué)是指將工程科學(xué)的“設計—合成—測試—學(xué)習"（DBTL）理念引入生命科學(xué)，完成具有特定功能的人工生命系統的構建。

綜上，生物鑄造廠(chǎng)的自動(dòng)化與數字化，有助于實(shí)現對生命體的理性設計與可預測的合成。隨著(zhù)合成生物學(xué)自動(dòng)化市場(chǎng)需求的增長(cháng)，合成生物學(xué)行業(yè)與實(shí)驗室自動(dòng)化行業(yè)的合作將愈發(fā)頻繁與密切，這將促進(jìn)兩個(gè)行業(yè)的共同成長(cháng)，終實(shí)現合作共贏(yíng)。