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實(shí)驗(yàn)室自動化為合成生物學(xué)研究裝上“加速器”

點(diǎn)擊次數(shù):2051  更新時間:2022-07-22

合成生物學(xué)是指將工程科學(xué)的“設(shè)計(jì)—合成—測試—學(xué)習(xí)"(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(tǒng)的構(gòu)建。




合成生命體有高度復(fù)雜性,目前缺乏可預(yù)測性設(shè)計(jì)(或理性設(shè)計(jì))的指導(dǎo)。這決定了其需要海量的工程化試錯性實(shí)驗(yàn),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(shè)計(jì)和元件
比如,利用分子元件創(chuàng)建基因線路時,因?qū)蚓€路核心設(shè)計(jì)原理理解有限,且目前仍缺乏元件,人工設(shè)計(jì)的線路很難達(dá)到預(yù)期,往往需要數(shù)周或數(shù)月進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。
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應(yīng)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路組合,獲取海量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并分析改進(jìn),以深入掌握基因線路的設(shè)計(jì)原理,同時積累大批元件,讓線路的設(shè)計(jì)變得更加直接和可預(yù)測,提高研究效率。


但是,海量的工程化試錯實(shí)驗(yàn)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)出傳統(tǒng)的人工操作實(shí)驗(yàn)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
提高理性設(shè)計(jì)合成生命系統(tǒng)的能力


合成生物學(xué)是指將工程科學(xué)的“設(shè)計(jì)—合成—測試—學(xué)習(xí)"(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(tǒng)的構(gòu)建。

類似于工業(yè)的智能制造,在合成生物學(xué)中,也可采用實(shí)驗(yàn)室自動化的解決方案,完成生命體的工程化大批量合成,像該類用于合成生物學(xué)研究的自動化基礎(chǔ)設(shè)施,是上述工程化研究平臺的核心,常被稱為生物鑄造廠





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合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)層級結(jié)構(gòu)


生物鑄造廠在合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)里,屬于軟件/硬件層,它能提升合成生物實(shí)驗(yàn)對象、方法、技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化水平,實(shí)現(xiàn)自動化的DBTL閉環(huán)運(yùn)行與海量工程試錯,從而不斷提高理性設(shè)計(jì)合成生命系統(tǒng)的能力。


PART3
需求實(shí)例
合成生物學(xué)自動化


合成生物學(xué)是指將工程科學(xué)的“設(shè)計(jì)—合成—測試—學(xué)習(xí)"(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(tǒng)的構(gòu)建。

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


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2018年數(shù)據(jù):國內(nèi)國外布局生物鑄造廠


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學(xué)術(shù)界觀點(diǎn):建設(shè)理論 (理性設(shè)計(jì))、技術(shù) (合成能力)、工程 (自動化平臺) 三者相輔相成的合成生物學(xué)體系,以推動合成生物學(xué)研究的定量化變革


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工業(yè)界觀點(diǎn):生物技術(shù)和數(shù)據(jù)科學(xué),創(chuàng)造生物細(xì)胞執(zhí)行各類目標(biāo)功能


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研究結(jié)果:通過構(gòu)建和測試合成生物學(xué)的自動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

匯像目前的自動化水平正逐步從單機(jī)自動化向智能實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)變。此前已積累多個標(biāo)準(zhǔn)化流程落地的案例,為多位生物領(lǐng)域的客戶做過定制的自動化解決方案,還完了國內(nèi)多個智能實(shí)驗(yàn)室的搭建。


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實(shí)驗(yàn)室自動化整體解決方案


而在生物鑄造廠,構(gòu)建合成生物學(xué)智能化實(shí)驗(yàn)室,將有諸多優(yōu)勢:


  • 自動化、高通量的設(shè)備平臺,提高研發(fā)效率


  • 標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)方法、算法和流程,提高實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性、可比性


  • 實(shí)驗(yàn)所積累的過程數(shù)據(jù)質(zhì)量高


  • 數(shù)據(jù)處理工具可對實(shí)驗(yàn)設(shè)置編程,并通過整理實(shí)驗(yàn)元數(shù)據(jù),確保了錯誤的可追溯性,便于調(diào)試


  • 統(tǒng)計(jì)分析軟件通過解析的數(shù)據(jù)提供未來實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化線索,實(shí)現(xiàn)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(yàn),相信未來在合成生物學(xué)的賽道上,匯像將助各企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)一臂之力。


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結(jié)語


合成生物學(xué)是指將工程科學(xué)的“設(shè)計(jì)—合成—測試—學(xué)習(xí)"(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(tǒng)的構(gòu)建。

綜上,生物鑄造廠的自動化與數(shù)字化,有助于實(shí)現(xiàn)對生命體的理性設(shè)計(jì)與可預(yù)測的合成。隨著合成生物學(xué)自動化市場需求的增長,合成生物學(xué)行業(yè)與實(shí)驗(yàn)室自動化行業(yè)的合作將愈發(fā)頻繁與密切,這將促進(jìn)兩個行業(yè)的共同成長,終實(shí)現(xiàn)合作共贏。


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