中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 王瓊 通訊員 楊芳）近日，南京工業(yè)大學跨學科師生團隊成功創(chuàng)制“智能細胞工廠”，利用葡萄糖同步生產(chǎn)能生物合成“生物基聚酰胺PA54”的兩種物質(zhì)“生物基尸胺”和“生物基琥珀酸”。該研究破解傳統(tǒng)工藝環(huán)保痛點，實現(xiàn)酸堿自中和與原位二氧化碳固定，取得了環(huán)境友好和碳減排的雙重效果，打造了一種聚酰胺綠色低碳的生產(chǎn)方式。

生物基聚酰胺作為一種性能優(yōu)異的生物基材料，廣泛應用于紡織、工程塑料等領域，生物基聚酰胺PA54是聚酰胺家族的新成員，也是家族里的“環(huán)保優(yōu)等生”，然而其須由“生物基尸胺”和“生物基琥珀酸”兩種物質(zhì)生物合成。該團隊領銜指導教師陳可泉教授告訴記者，以往制造生物基聚酰胺PA54需先請兩個不同的微生物團隊，一個專門制造生物基尸胺，另外一個專門制造生物基琥珀酸?！熬拖褡鲲?，得去A廚房蒸饅頭，再去B廚房燉排骨，不僅流程長且復雜，而且兩者工作時還會浪費資源，產(chǎn)生沒用的廢棄物?！敝笇Ы處熤获T嬌副教授形象地補充道，“我們是把以前兩個各自生產(chǎn)、浪費嚴重的作坊，變成了一個高效、自給自足，還能‘內(nèi)部消化垃圾’的‘全能一體廚房’?！?/p>

團隊總隊長、南工大生物與制藥工程學院生物工程專業(yè)學生朱楚寧介紹，在項目中，團隊構建了“干實驗”與“濕實驗”雙軌并行的研發(fā)策略，形成“設計-構建-驗證-優(yōu)化”的閉環(huán)，極大提升了研發(fā)的精準性與效率。

干實驗組主要進行線上設計，搭建多尺度計算框架，通過系統(tǒng)動力學模擬、酶理性設計、代謝網(wǎng)絡優(yōu)化三大模塊為濕實驗組提供改造位點。其中利用AI輔助設計與理性改造，對關鍵酶——賴氨酸脫羧酶進行優(yōu)化，使其酶活性提升113%。

濕實驗組主要負責實驗驗證，他們利用合成生物學手段為菌株安裝了“基因開關”，改造了關鍵酶、調(diào)控了輔因子，精準控制實現(xiàn)了“一菌雙產(chǎn)”?！盀榱舜蛟熘悄芗毎S，我們選用大腸桿菌NT1003作為‘底盤細胞’，通過合成生物學手段，對其進行了精巧的設計改造。”濕實驗組組長鹿晨曦介紹道，通過一個工程改造的大腸桿菌在有氧階段智能地生長積累前體物質(zhì)，在厭氧階段同步生產(chǎn)“生物基尸胺”和“生物基琥珀酸”兩個產(chǎn)物。

據(jù)了解，除了技術突破，該團隊高度重視科普與推廣，制定了“洞察—啟動—改進”的人類實踐模型，即挖掘社會需求與行業(yè)痛點，推進相關項目實踐，再對實踐過程優(yōu)化完善，通過與企業(yè)、高校和公眾的積極互動，普及生物基材料知識，提升社會對綠色制造的理解與接納。朱楚寧表示，未來團隊將繼續(xù)推動“智能細胞工廠”的實際應用，讓合成生物學的創(chuàng)新成果真正賦能環(huán)保產(chǎn)業(yè)，助力綠色低碳發(fā)展。