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湾区逐梦 | 傅雄飞:寻找生物世界规律,开发生命设计工具

时间:2019-10-18  来源:党群处、发展处、人资处 文本大小:【 |  | 】  【打印

  【庆祝新中国成立70周年,献礼中科院建院70周年,深圳先进院推出“引领科学风尚 传承科学精神”系列人物报道,树立先进典型,凝聚榜样力量,讲述科技工作者的精彩故事及取得的最新成果,弘扬他们胸怀祖国、服务人民的爱国精神,勇攀高峰、敢为人先的创新精神,追求真理、严谨治学的求实精神,淡泊名利、潜心研究的奉献精神,集智攻关、团结协作的协同精神,甘为人梯、奖掖后学的育人精神。】

 

  一?#23567;襖指摺?#31215;木,可以组装出一系列功能各异的结构。如今,在合成生物学领域,小到微生物,大到植物甚至动物,合成生物学家也像玩“?#25351;摺?#19968;样用“模块化”的方式组装生命体,中国科学院深圳先进技术研究院合成所(筹)党支部书记、所长助理傅雄飞便是一位“跨界玩家”。

  在学科背?#26696;?#24230;交叉融?#31995;?#21512;成生物学团队中,学物理出身的傅雄飞将数理模型和定量实验相结合,研究生物系统中的基本问题,期望能够从中寻找到生物世界的简单规律,利用这些规律开发出计算机辅助设计工具,帮助合成生物学工程“绘制”更复杂的“图?#20581;保?#25645;建功能更强大的生命体。

△ 深圳先进院合成所(筹)党支部书记、所长助理傅雄飞

  好奇心驱动跨界探索

  合成生物学作为21世纪刚刚出现的新兴学科,近年来迅速发展,被认为是将引领“第三次生物科技革命”的颠覆性技术。然而,在十年前,合成生物学还是不为人知的小众前沿学科。回想起初次接触合成生物学,傅雄飞表示纯粹是好奇心驱使他在该领域一探究竟。

  “博?#31185;?#38388;参加iGEM比赛是第一次接触合成生物学,几乎一半以上的参赛者都是非生物学背景。当时我就很惊讶,竟有这么多数学、物理、计算机背景的人活跃在生物领域。”

△ 合成生物学展现了IT与BT的深度融合(?#35745;?#26469;自网络)

  傅雄飞提到的iGEM比赛是由麻省理工创办、被誉为“合成生物学世锦赛”的国际基因工程机器大赛,要求参赛者将信息技术和生物技术相结合,利用生物模块构建基因回路、建立?#34892;?#30340;数学模型。在香港大学读物理博?#31185;?#38388;,傅雄飞带领学生团队参加该比赛并获得金?#20445;?#20174;此便与合成生物学结下不解之缘。

  2013年,傅雄飞进入美国耶鲁大学分子细胞发育生物学系?#37038;?#21338;士后研究,2016年加入深圳先进院,成为第三个加入合成所(筹)的青年课题负责人。作为年轻的80后博导,傅雄飞在带领团?#37038;?#21516;样强调“好奇心”。在他看来,科研是一种生活态度,唯有保持好奇心,才能激发不断探索未知的动力。

  为设计生命体开发工具

  加入深圳先进院的3年间,傅雄飞?#37038;?#36807;偏向应用的基础研究,通过?#33041;?#24494;生物来处理海洋和土壤里的油污,他也曾带领课题组利用合成生物学手段揭示了细菌群体迁移的协调机制,成果见刊《自然·通讯》杂志。

  今年,傅雄飞的研究再次有了新方向,他将作为国家重点研发计划中?#26696;?#29256;本模式微生物底盘细胞”青年科学家项目负责人,研究合成回路与底盘细胞间资源配置原则,以及动力学相互作用规律,理解合成回路的适配性设计原则,推动合成生物学理性设计能力的提升。

  “如果将底盘细胞比作集成电路的话,合成的基因回路就像集成电路中的元件,当?#36805;脑?#21518;的小元件放进大系统?#20445;?#23427;能否与整个系统适配?能否充分发挥赋予它的功能?#31354;?#20123;是亟待解决的问题。”傅雄飞说道。

(?#35745;?#26469;自网络)

  应对上述问题,以往的研究着眼于优化单个的基因回路,而忽略了“元件”与“系统”间的相互作用,一定意义上限制了人们设计更复杂基因回路的能力。傅雄飞将研究的,则是对各种功能元件进行系统性测试,找出两者相互作用的普遍规律。

  “现在我们理性设计基因回路的能力偏弱,往往要依赖高通量筛选、大规模试错。”傅雄飞说,“期望了解生命机制背后的规律和原理后,可以开发出计算机辅助设计工具,让基因回?#39134;?#35745;变得更简便高效。”

  “杂牌军”擦出创新花火

  学科深度交叉融合是深圳先进院合成所(筹)团队最大的特色,这支平均年龄仅36岁的队伍,汇聚了来自生物、化学、数学、物理各个专业背景的青年人才,?#38498;?#25104;生物学研究为共同目标,发挥各自专长,从不同角度带来新的解决思路。

  “头脑风暴”是这支年轻团队的日常。在一次PI(课题组组长)例会中,微生物背景的刘陈立创新性地提出,通过?#33041;?#22124;菌体代替传统的抗生素,对抗水产养殖中的耐药菌感染,既能实现“精准治疗?#20445;?#21448;能保障环境健康。

△ 合成所(筹)学科交叉的年轻团队

  该想法一经提出,PI们?#36861;?#20142;出各自的“兵器?#20445;?#39532;迎飞可以通过生物信息学预测如何对噬菌体进行合成生物学?#33041;歟?#26469;自分析化学的黄术强可以快速对?#33041;?#21518;的噬菌体进行筛选?#35206;椋?#29702;论物理方向的傅雄飞可以构建噬菌体和细菌间相互作用的定量数学模型。迅速锁定目标后,团队各施所长将项目分解推进,如今,该项目已与企业建立联合实验室,逐步向产业化推进

  “合成生物学作为一门交叉学科,需要十八班武艺样样精通,一个人练就十八班武艺很难,但找18个领域的专业人才合作就相对容易。”傅雄飞介绍,像他们这样的“杂牌军”在国内?#24425;?#23569;见的,深圳先进院包容开放的学术环?#24120;?#20026;不同学科语言的科研人员提供了交流平台。

△ 傅雄飞团队

  “我个人的团队大部分是物理、计算背景的学生,来了第一件事就是学生物。”傅雄飞说,经过一两年的训练后,数理背景的学生都可以操作简单的生物实验,学到生物知识、获得生物技能,真正培养出学科交叉的能力。

  中共党员傅雄飞:作为一名科研工作者,要牢记使命,不忘初心,求真务实,奉献创新。

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