實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)建設(shè)生物技術(shù)論文

1、實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)建設(shè)生物技術(shù)論文 摘要：合成生物學(xué)是一門重要的新興學(xué)科。該文從研究方向和實(shí)施內(nèi)容、功能實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)、管理運(yùn)行機(jī)制及平臺(tái)效益等方面，對(duì)廈門市合成生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)建設(shè)與運(yùn)行情況進(jìn)行總結(jié)分析，闡明了合成生物技術(shù)平臺(tái)對(duì)海洋生物資源挖掘、生物活性物質(zhì)開發(fā)、污染物資源化等技術(shù)研究中的協(xié)同創(chuàng)新帶動(dòng)作用。 關(guān)鍵詞：合成生物技術(shù)；重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；平臺(tái)建設(shè) 自2000年自然（Nature）雜志報(bào)道了人工合成基因線路研究成果以來1，合成生物學(xué)研究在全世界范圍引起了廣泛的關(guān)注與重視。2014年廈門市科技局批準(zhǔn)建設(shè)廈門市合成生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室以開展合成生物學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究為主，解決與化工、醫(yī)藥、能

2、源、材料、環(huán)境和生命等領(lǐng)域關(guān)系極為密切的某些重大科學(xué)技術(shù)問題，是一個(gè)集研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化、成果推廣的產(chǎn)學(xué)研合作體系；同時(shí)是面向社會(huì)提供研發(fā)、技術(shù)（咨詢）服務(wù)、人員培訓(xùn)、分析測(cè)試的開發(fā)的技術(shù)平臺(tái)。 1平臺(tái)的研究方向和實(shí)施內(nèi)容 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室包括三個(gè)研發(fā)方向：（1）海洋極端氧化還原酶挖掘與新型生物分子機(jī)器構(gòu)建。從海洋、極地等極端環(huán)境挖掘新型極端氧化還原酶，基于合成生物學(xué)理念，依據(jù)工程學(xué)理論將極端酶按照“元件-模塊-系統(tǒng)”的自下而上的方式進(jìn)行研究；進(jìn)一步研究酶功能結(jié)構(gòu)域、分子內(nèi)相互作用與對(duì)于極端反應(yīng)環(huán)境的響應(yīng)機(jī)制，設(shè)計(jì)組裝新型多酶分子機(jī)器；用于手性醫(yī)藥中間體、精細(xì)化學(xué)品等高附加值化學(xué)品的綠色生物制造。（2）污

3、染物的生物轉(zhuǎn)化與資源化技術(shù)。針對(duì)環(huán)境中的典型污染物如有機(jī)固體廢棄物、重金屬等，研究其生物轉(zhuǎn)化與代謝機(jī)制，設(shè)計(jì)有效生物途徑以實(shí)現(xiàn)污染物的轉(zhuǎn)化與資源化。通過篩選高效合成生物絮凝劑的菌種以處理污染物，基于合成生物學(xué)理念，研究生物絮凝劑的合成與代謝途徑與機(jī)制；進(jìn)一步研究生物絮凝劑關(guān)鍵基因組成與功能。（3）海洋微藻的自養(yǎng)和異養(yǎng)發(fā)酵技術(shù)與生物活性物質(zhì)的開發(fā)。從極端海洋環(huán)境中篩選具有潛在生物活性的微藻菌株，結(jié)合發(fā)酵工程、生物工程、基因工程和分離純化的技術(shù)，從菌種篩選、原生質(zhì)體融合、基因組重排育種、發(fā)酵工藝優(yōu)化、先進(jìn)分離、生物活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析及毒理藥理分析等方面開展研究工作。重點(diǎn)研究通過微藻的自養(yǎng)光照培養(yǎng)或異

4、養(yǎng)高密度培養(yǎng)過程優(yōu)化，生產(chǎn)具有高附加值的生物活性物質(zhì)，如w-3和w-6多不飽和脂肪酸，蝦青素等類胡蘿卜素產(chǎn)品以及藻藍(lán)蛋白等產(chǎn)品。建立具有產(chǎn)業(yè)化潛力的微藻生產(chǎn)與技術(shù)開發(fā)平臺(tái)?；谝陨涎芯糠较?，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)置了以下3個(gè)實(shí)施內(nèi)容：（1）研究溶劑體系對(duì)耐鹽氨基酸脫氫酶催化性能與結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，基于動(dòng)、熱力學(xué)構(gòu)建應(yīng)答模型；基于序列、結(jié)構(gòu)比對(duì)和能量響應(yīng)，抽提、界定耐有機(jī)溶劑的結(jié)構(gòu)響應(yīng)元件，揭示耐鹽酶的有機(jī)溶劑耐受機(jī)制；基于氨基酸動(dòng)態(tài)相互作用網(wǎng)絡(luò)，界定動(dòng)態(tài)模塊，研究三維結(jié)構(gòu)組裝與動(dòng)態(tài)相互作用，揭示環(huán)境響應(yīng)機(jī)制的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)組裝新型多酶分子機(jī)器，用于非水相體系中手性胺、手性氨基酸等手性化合物的生物催化制備，

5、實(shí)現(xiàn)高附加值的醫(yī)藥中間體、精細(xì)化學(xué)品的綠色生物制造2-3。（2）研究有機(jī)固體廢棄物的生物轉(zhuǎn)化與資源化途徑與策略，解決其生物合成聚酯材料的關(guān)鍵問題；調(diào)控有機(jī)固體廢棄物生物合成聚酯材料過程中的微生物組成和功能以提高效率，闡明有機(jī)固體廢棄物和聚酯材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系。分析金屬砷、鉻等在環(huán)境的生物轉(zhuǎn)化途徑，研究其微生物介導(dǎo)氧化還原過程機(jī)制，分析外源材料作用下微生物胞外電子傳遞及金屬還原過程；篩選高效合成生物絮凝劑的菌種以處理污染物，采用合成生物學(xué)及代謝組學(xué)分析其生物絮凝劑的合成與代謝途徑，探討生物絮凝劑對(duì)污染物去除效率和機(jī)理4-5。（3）依托海洋生物資源，從海洋微藻篩選分離富含DHA的裂殖壺藻菌株，開發(fā)微藻

6、的異養(yǎng)培養(yǎng)和高密度發(fā)酵技術(shù)以及不飽和脂肪酸的高效分離方面工作；研究利用雨生紅球藻自養(yǎng)培養(yǎng)生產(chǎn)抗氧化劑蝦青素的培養(yǎng)技術(shù)，開發(fā)光照自養(yǎng)雨生紅球藻培養(yǎng)的光合生物反應(yīng)器，研究氮源代謝調(diào)控對(duì)蝦青素的影響和分離提取等方面工作；篩選耐高溫和強(qiáng)光照的螺旋藻菌株，研究培養(yǎng)過程螺旋藻氮源濃度和光照強(qiáng)度對(duì)藻藍(lán)蛋白的影響，建立光照培養(yǎng)螺旋藻的動(dòng)力學(xué)模型，指導(dǎo)微藻光合培養(yǎng)規(guī)?；a(chǎn)；開發(fā)高效分離和采集微藻菌體的生產(chǎn)技術(shù)6-7。 2平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室的功能化設(shè)置 根據(jù)自身實(shí)驗(yàn)室特色及發(fā)展方向、定位目標(biāo)，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了合成生物構(gòu)建與評(píng)價(jià)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、生物催化劑改造與制備技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、合成生物應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室等功能實(shí)驗(yàn)室。（1）合成生物

7、構(gòu)建與評(píng)價(jià)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。配備有雙光束紫外可見分光光度計(jì)、多功能酶標(biāo)儀、液相色譜儀、生化分析儀、電泳儀、電泳槽、熱循環(huán)儀、核酸電泳儀、垂直電泳儀、蛋白第二向電泳儀、專用電泳凝膠掃描儀、等電聚焦儀、氣相色譜儀、總有機(jī)碳分析儀，以上硬件設(shè)備可協(xié)助完成基因組重排育種、發(fā)酵工藝優(yōu)化、生物活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析及毒理藥理分析等方面研究工作。（2）生物催化劑改造與制備技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。配備有電子天平、生化培養(yǎng)箱、超聲波細(xì)胞破碎儀、攪拌式超濾裝置、全自動(dòng)電子滅菌器、微生物生長(zhǎng)曲線儀、高速冷凍離心機(jī)、超低溫冰箱、恒溫培養(yǎng)振蕩器，以上硬件設(shè)備可協(xié)助完成菌種培養(yǎng)、菌種篩選、發(fā)酵工藝技術(shù)研究、多酶分子樣品制備等方面研究工作。（3）

8、合成生物應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。配備有生物反應(yīng)器、制備型液相色譜儀、基因?qū)雰x、智能光照培養(yǎng)箱、恒溫混勻儀、電穿孔儀、凝膠成像系統(tǒng)紫外投射儀、凝膠成像系統(tǒng)，以上硬件設(shè)備可協(xié)助完成手性醫(yī)藥中間體高附加值化學(xué)品的綠色生物制造、生物絮凝劑的合成與代謝途徑、微藻光合培養(yǎng)規(guī)?；a(chǎn)、開發(fā)高效分離和采集微藻菌體的生產(chǎn)技術(shù)等研究工作。 3平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)管理 3.1運(yùn)行管理。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與生物工程系為依托，組建常設(shè)組織機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)研究開發(fā)的組織、實(shí)施及實(shí)驗(yàn)室日常管理工作；根據(jù)研究課題的需要，組成了三個(gè)研究課題小組，采取產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的方式，完成專項(xiàng)課題研究與產(chǎn)品開發(fā)工作。實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)以產(chǎn)學(xué)研結(jié)合為

9、基礎(chǔ)，全面、堅(jiān)決地貫徹“開放、流動(dòng)、聯(lián)合、競(jìng)爭(zhēng)”的開放運(yùn)行管理方針，充分發(fā)揮學(xué)術(shù)委員會(huì)的指導(dǎo)、監(jiān)督作用，切實(shí)加強(qiáng)各項(xiàng)日常工作的管理，努力將本實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成為國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域一流的科學(xué)研究、產(chǎn)業(yè)化和人才培養(yǎng)基地。3.2管理制度。行之有效的管理是以制度為基礎(chǔ)的，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員管理、儀器設(shè)備使用、安全以及學(xué)生實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行明文規(guī)定，保證實(shí)驗(yàn)室高效安全運(yùn)轉(zhuǎn)，為規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，制訂了一系列嚴(yán)格的規(guī)章制度：“廈門市合成生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室管理?xiàng)l例”“廈門市合成生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室人員聘任條例”“廈門市合成生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)崗位責(zé)任”“廈門市合成生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備管理?xiàng)l例”“廈門市合成生物技術(shù)重點(diǎn)

10、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員崗位責(zé)任”“廈門市合成生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員管理?xiàng)l例”“廈門市合成生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作條例”“廈門市合成生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室安全工作條例”“實(shí)驗(yàn)室崗位責(zé)任制”。督促實(shí)驗(yàn)人員嚴(yán)格遵守各項(xiàng)規(guī)章制度，督促實(shí)驗(yàn)人員養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。實(shí)驗(yàn)開始前需進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)操作與安全教育培訓(xùn)，經(jīng)考核合格者方準(zhǔn)許到相應(yīng)的功能實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并承擔(dān)維護(hù)本實(shí)驗(yàn)區(qū)域的衛(wèi)生安全職責(zé)。3.3日常管理和管理信息化。指定專門人員負(fù)責(zé)各功能實(shí)驗(yàn)室的日常管理。例如生物催化劑改造與制備技術(shù)實(shí)驗(yàn)室對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求較高，需定期檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室空氣潔凈度、溫濕度等相關(guān)指標(biāo)，確保實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。其他實(shí)驗(yàn)室也安排專門的

11、教師及有經(jīng)驗(yàn)的研究生負(fù)責(zé)日常的安全衛(wèi)生、實(shí)驗(yàn)及儀器設(shè)備操作等方面的管理。在重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并建立各實(shí)驗(yàn)室的QQ群、微信群等，交流實(shí)驗(yàn)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)操作過程及儀器使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，力爭(zhēng)做到發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，集思廣益。通過信息交流，開拓和提高實(shí)驗(yàn)室人員的理論水平、實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平及安全衛(wèi)生意識(shí)。 4平臺(tái)的效益 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共有510臺(tái)/套儀器設(shè)備，總價(jià)830.99萬元。自2014年成立以來，共投入經(jīng)費(fèi)近1500萬元，共獲得專利72件，其中發(fā)明專利授權(quán)45件，發(fā)表SCI論文78篇；為相關(guān)單位提供“海洋源化合物及其分離物的檢測(cè)與表征”“用于海洋活性化合物分離的功能化膜測(cè)試與表征”等測(cè)試服務(wù)；高密度培養(yǎng)裂殖壺菌發(fā)酵生產(chǎn)二十二碳六烯酸等研究成果已成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并獲得福建省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)，為企業(yè)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了社會(huì)和行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步；指導(dǎo)本科生參加國(guó)際遺傳工程機(jī)器設(shè)計(jì)競(jìng)賽（iGEM）已連續(xù)8年獲得了金獎(jiǎng)，提升了實(shí)驗(yàn)室在國(guó)內(nèi)外的知名度，取得了良好的社會(huì)效益。 5結(jié)語 綜上所述，廈門市合成生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)過程中借鑒部分高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的成果和經(jīng)驗(yàn)，將技術(shù)平臺(tái)與運(yùn)行管理機(jī)制建設(shè)相結(jié)合，研制和開發(fā)出了一些具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的研究成果，并力爭(zhēng)推向市場(chǎng)11-13。目前重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已擁有合成生物構(gòu)建和生物催化劑以及生物合成聚