天大组成生物！从一门课到一个世界前沿学科

2024年10月26日，世界遗传基因工程机器大赛（International Genetically Engineered Machine Competition, 以下简称“iGEM大赛”）全球总决赛在法国巴黎落下帷幕。本次大赛汇集了来自全球各地逾400支部队，天津大学两支参赛团队取得2块金牌和1项单项奖提名的优异效果！

iGEM竞赛是组成生物学范畴的世界尖端学术性竞赛，最早由美国麻省理工学院建议，是一项以组成生物学为中心，归纳生命科学、数学、工程学、信息科学、艺术规划等多个学科的世界大赛，遭到Nature、Science等学术期刊，以及 BBC 等媒体的广泛注重和专题报道。

天津大学是最早把这项世界赛事引进我国的高校。由于这项大学生世界竞赛天津大学开设了一门本科生课程——基因组规划组成。缘起一项大学生世界竞赛和一门本科生课程，通过十几年的开展，天津大学组成生物学从零起步走到世界科技前沿，站到了聚光灯下。

01 缘起

从一项世界赛事到一门本科金课

2006年，中科院院士、天津大学教授元英进了解到iGEM竞赛，发现其与天大组成生物课题组的科研理念不约而同——运用工程学的办法来研讨生物学。像造房子或许造轿车那样，先制作出砖瓦或许零件，然后再依照规矩拼装起来终究构成产品，完结功用。此外，在这个本科生的竞赛进程中，通过脑筋风暴式的沟通评论、自主学习、团队协作，提高学生才干和素质，这也正是天大想要的教育进程。所以，从这一年开端，天津大学安排学生开端参加这项赛事中。

2000年，人类基因组方案“作业结构图”完结，我国科学家依照世界人类基因组方案的布置，完结了1%。从那时起生物化工身世的元英进意识到，对生物的工程化研讨将势不可挡。假如基因组测序是“读懂生命暗码”，那么基因组组成便是在“编写生命暗码”。在做许多调研后，他把研讨方向锁定在组成生物学上。

天津大学先是创立了一个组成生物学研讨小组，安排学生备战大赛。从2007年起，天大化工学院开端辅导学生团队正式参加iGEM大赛，还在2007年举办了世界组成生物学研讨会和TTT（Teach The Teachers）iGEM世界研讨会，引导更多高校了解这项世界赛事，参加这项世界赛事。

凭借这项竞赛，天大为组成生物学范畴培育了大批优异的青年人才，一同也助推了我国甚至亚洲组成生物学的开展。

“大赛给了我组成生物学技术方向的启蒙，也为我未来的科研路途指引了方向。”美国加州大学圣地亚戈分校副教授李嫣然是初次出征iGEM大赛天大代表队的一员，现在致力于运用组成生物学的手法研讨和改造植物天然产品的生物组成。浙江天化科技开展有限公司出资总监潘清也是由于iGEM大赛，了解了组成生物学，并将其她要点注重的出资方向。

在iGEM竞赛的根底上，天津大学还面向本科生开设了一门组成生物学课程——《基因组规划组成》。

像造房子或许造轿车那样，先“烧制”出砖头或许零件，然后再依照规矩拼装起来终究构成产品，运用工程学的一些办法来研讨生物学，这是元英进在三十几年前就一直在考虑的问题。这门课教授学生构建人工组成染色体根底知识和技术。但这个看起来就像制作“砖头”的课程可以在培育学生发现和处理问题才干的一同，引导他们了解组成生物学范畴的许多前沿科学问题和最新开展。参加课程的学生们在为人工组成染色体“添砖加瓦”的进程中，也培育了科学精力、科研才干。

“大四结业我提早参加BAG课程，担任一个小组组长并且完结了最多的DNA资料的拼装，这个小小的效果也让我领会到了科研的趣味和收成感。研讨生正式开学之后，咱们参加到了世界合作的酿酒酵母基因组方案（Sc2.0）中来。世界化的渠道给予了我许多对科研的全新认知：科研不是那么‘老套’，科研也不是‘凭空捏造’。Sc2.0方案让我一个刚刚结业的本科生直接上了组成生物学前沿研讨的快车。”当年的本科生吴毅，现在现已是天津大学教授，生长为我国组成生物学范畴的青年才俊。

02 迭代

从一门本科金课到一项前沿研讨

吴毅说到的酿酒酵母基因组方案（Sc2.0）是组成基因组学研讨的旗舰项目——标志着人类开端向真核生物的组成进军。

原核生物的基因组相对简略，但动物、植物、酵母等真核生物具有多条线性染色体，生命办法更杂乱丰厚，通常会包含数亿甚至数十亿碱基对信息，所以组成一个真核生物的基因组是一项非常艰巨的使命。Sc2.0方案旨在从头规划并组成真核单细胞生物——酿酒酵母的悉数16条染色体。

该项目由美国、我国、英国、法国等多国研讨机构分工协作，Sc2.0方案带头人杰夫·伯克屡次说到，是天津大学元英进教授的参加推动了这个项目的世界化。

北京时间2017年3月10日清晨三点出书的世界尖端学术刊物《科学》，呈现的是科学家们在人工组成生命方面的开展。这次科学家们共完结了5条染色体的化学组成，其间我国科学家完结了4条，把Sc2.0方案向前推动了一大步。天津大学团队完结了5号和10号两条染色体的化学组成，并开发了高效的染色体缺点靶点定位技术和精准修正技术；清华大学团队完结了12号染色体的组成；华大基因团队联合英国爱丁堡大学团队完结了2号染色体的组成。

元英进此次在《科学》期刊上以通讯作者身份宣布了2篇论文，而2篇论文的榜首作者，分别是天津大学博士生90后的谢泽雄和1989年出世的吴毅，一同榜首作者则是天津大学的80后教师李炳志。更让人惊喜的是，为这两篇文章做出酵母片段的数十名学生都列入了作者名单，许多人参加该项目时都是大二、大三的本科生。

元英进教授与两篇《Science》榜首作者合影

2016年12月，在武汉作业的瞿蓝梦接到了师兄谢泽雄的电话，请他承认自己的科研内容并向《科学》提交他作为论文作者的个人资料。“太振奋了，没想到我大三时组成的酵母菌片段，还有这么大用处。我也是发过《Science》的人了。”瞿蓝梦的惊喜溢于言表。

在Sc2.0方案中，元英进教授团队担任的5号染色体共有53.6万个碱基对，10号染色体则有超越70.7万个碱基对。要想通过化学办法从单核苷酸构建出完好的染色体是个巨大的工程。除了研讨生，许多上过《基因组规划组成》课程的本科生们也参加进来，学生们在为组成人工染色体添砖加瓦的进程中，得以通过人工基因组组成项目进行学习和练习，站在了世界科技前沿。

诺贝尔奖取得者Frances Arnold拜访天大组成生物团队

“假如把两篇文章作者在做这个项目时的年纪均匀一下的话，应该都到不了二十七八岁。”天大组成生物学团队教师说，这也是他们最介意和最满足之处。用项目做推动，组成生物团队探究出一种全新的本硕博学生培育途径。

高水平科学研讨促进高水平人才培育。大项目给予了科研人才生长和前进的时机和条件，将教育和科研真实结合起来，大批科研人才通过这种办法得以培育和呈现，跟从项目一同生长。两篇《Science》的榜首作者谢泽雄和吴毅便是这样生长起来的，参加该课程时他们仍是本科生，边进行理论学习，边“真刀真枪”做科研，逐步具有了较强的试验技术、开阔的世界视界，立异才干也得到了提高。

谢泽雄组成染色体的路上一度陷入困境，他发现组成的V号染色体总是呈现“失活”的现象。通过12个月的重复检测后，仍是处理不了“失活“的问题。那还有终究一种或许性——是规划自身呈现了问题。公然，他发现以往研讨人员在使用计算机进行规划时，缺失了一段基因序列，然后导致染色体“失活”。又通过一年多的攻关，他通过树立多位点基因组精准修正技术，创建了化学组成序列与规划序列完美匹配的V号染色体，处理了染色体精准组成难题，对其时真核生物染色体化学组成的人工规划原则供给了评判规范。美国哈佛大学基因学教授乔治·丘奇在承受采访中说，谢泽雄的研讨效果，可谓“完美”。

担任10号染色体的吴毅发明晰一种快速找到染色体缺点并修正的办法。在美国向世界联盟做共享时，他还觉得“很不好意思”，由于台下的观众是国内外许多业界“大师”，他们曾是吴毅仰视的偶像，现在在观众席为他拍手喝彩。

2016年7月，第五届Sc2.0和组成基因组会议在英国爱丁堡举办，吴毅和谢泽雄介绍了天津大学化学全组成酿酒酵母染色体的最新研讨开展。

我国科研作业者从学习经验到奉献才智，终究赢得了世界的尊重。

03 进阶

从一项前沿研讨到一个前沿学科

组成生物与生物制作是有目的地规划、改造甚至从头组成生物体系，用以处理人类所面对的资料、食物、动力、环境、健康等问题，是生物学、工程学、信息科学、计算机科学、化学和资料学等多学科穿插交融的学科。DNA数字存储，一块方糖巨细DNA能存储一百万个硬盘的数据；基因回路规划，能调控免疫体系，疗愈严重疾病；组成基因组，医治遗传性疾病；定制微生物能降解污染物……据麦肯锡猜测，未来全球60%的物质可通过生物组成出产，潜在经济价值达30万亿美元。“组成生物”被列入我国《“十四五”规划和2035年前景方针大纲》，是具有战略性、引领性和颠覆性的未来工业。组成生物学让未来充溢无限或许。组成生物学被誉为将引起人类日子以及全球经济发生革新的颠覆性技术，对人类健康、经济与安全发生深远影响。

我国在组成生物学方面的研讨起步并不算早，但对组成生物学范畴的研讨适当注重。假如将研讨进程用跟跑、并跑、领跑来区分的话，我国做的许多组成生物学的研讨作业现在是处于并跑的状况。为了在要害范畴占据科技制高点，教育部第一批前沿科学中心里组成生物学名列其间，这便是天津大学组成生物学前沿科学中心。揭秘生命来历，抢占生命再造最高峰，孕育引领新经济的颠覆性效果，天津大学被寄予厚望。

从参加一项世界竞赛，一门本科课程开端，天津大学从零起步，现在现已走进世界前沿，是我国组成生物学范畴的重要立异力气。天津大学在国内最早树立了组成生物学本科专业、硕士和博士学位点，最早编写了组成生物学本科教材《组成生物学导论》。2013年获批组成生物技术国家级世界合作基地，2018年获批教育部“珠峰方案”组成生物学前沿科学中心，2024年获批组成生物技术全国要点试验室，2025年2月28日天津大学决议，建立“天津大学组成生物与生物制作学院”。环绕组成生物学首要研讨方向，构成了包含院士、长江、杰青等组成150余人的研讨部队，在基因组规划组成、细胞工厂、DNA数字存储等范畴取得了重要打破和一批科技效果。

星光不负赶路人，近年来，天津大学组成生物学进入开展快车道，2019年天津大学成为组成生物学严重设备世界联盟建议单位。2021年天津大学生物安全战略研讨中心牵头起草的《生物安全科学家行为原则天津攻略》被世卫安排列为全球生物安全品德原则。天津大学组成生物学科研团队汇聚了我国科学院院士、国家杰青、长江特聘教授等一批高水平人才，取得了国家基金委立异研讨集体，培育研讨生2000人左右。近年来，天大承当了一批组成生物学相关国家要点研制方案项目等国家严重使命，组成生物学研评论文数量逐步攀升到世界前列。从零到一，通过这些年的加快跑，天津大学的组成生物学研讨现已跻身世界榜首方阵。

天津大学组成生物学专家作为发言人参加约翰霍普金斯大学主办世界论坛

04 未来已来等你来

2018年打开了组成生物学研讨中基因组重排这一全新研讨范畴，效果填补了基因组结构变异的技术空白；2019年发现不同标准人工基因组重排的杂合性缺失现象，为研讨大标准遗传变异供给了强有力的东西；2020年团队初次使用高效乘积编码办法，完结3 MB音视频数据DNA信息存储的全流程验证；2021年研制全球首套DNA数据存储编码体系；2022年一则《DNA存储让敦煌岩画保存千年万年》的音讯登上了各大媒体重要版面；2023年打破了电能细胞三维自拼装人工导电生物膜的规划构建；2024年立异DNA存储方案破解医疗数据存储难题；2025年天津大学组成生物技术全国要点试验室发布了真核多重DNA回转体系……天津大学在组成生物学范畴效果频传。

根据德布莱英图图论规划的序列重建算法高效处理DNA开裂、降解问题

DNA存储的敦煌岩画

未来已来。想象组成生物学的未来，元英进教授表明：“咱们对组成生物学的探究不仅仅是基因组的组成再造，还开展了人工细胞工厂构筑和DNA信息存储，这些研讨进入到了智能化和自动化阶段。DNA信息存储是组成生物学的未来重要方向，是生物技术与信息技术交融的模范。组成生物学将给更多穿插学科带来开展的关键，如使用数学家对DNA进行全新规划编码；化学家规划非天然碱基，然后编码非天然氨基酸的药物；仪器制作专家可以为未来高效的DNA拼装和高通量的细胞挑选带来更多的助力。咱们信任组成生物学将为人类的日子带来更多的惊喜。”

天津大学组成生物学的大门是打开的。这里有许多时机，只需“你想”，只需“你能”，就可以成为其间一员。

谢泽雄

谢泽雄大三时就进试验室，跟着研讨生们做他们的课题，十几年了，他对其时参加的课题依然能信口开河。“本科进试验室让我把握了试验技术和数据分析才干，培育了谨慎的科研思想，为后续开展打下根底。”在试验室中，谢泽雄的身份一直在变，从师弟，到师兄，到谢教师、谢教授，但不变的是，他的身边总有一批酷爱科研的学生，“咱们组的研讨方向是人工基因组规划组成与DNA智能制作技术研讨，咱们每年都会带本科生，其他组也是如此。”

吴毅（右）

2024年世界遗传基因工程机器大赛全球总决赛在法国巴黎落下帷幕。当年的学生吴毅，现已生长为吴毅教授，成为参赛团队的辅导教师，带领参赛团队取得2块金牌和1项单项奖提名的优异效果。参加的学生也不仅仅是化工的学生，生物、计算机、资料，药学……越来越多的学生参加其间。

由于iGEM大赛了解组成生物学的李小倩，后来到加州大学洛杉矶分校持续组成生物学博士课题的相关研讨，现在她是硅谷一家律师事务所的专利代理人。“我见证了组成生物学在不同范畴，特别是在一些穿插学科范畴的技术效果中发挥了越来越严重的效果。近些年来，天津大学在组成生物学范畴里边捷报频传，让我非常自豪。”

组成生物学专业2017年开端接收本科生，2021年被评为国家一流专业，2025年列入教育部“强基方案”。“天津大学这些年组成生物学开展的最大效果其实是培育了人才，为我国甚至世界的组成生物学开展奉献了许多高端人才，积储了发明未来的力气。”元英进说。