天津2023年3月28日 /美通社/ -- 2023年3月28日，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所（以下簡稱天津工業(yè)生物所）與亞馬遜云科技聯合在天津舉辦"生物計算設計"溝通會，就BT+IT結合助力合成生物學發(fā)展的現狀和未來進行溝通交流。
天津工業(yè)生物所是中國合成生物學領域的核心力量，由中國科學院和天津市人民政府共建，牽頭組織承擔了多項合成生物學、綠色生物制造等重點研發(fā)計劃任務。2019年，天津工業(yè)生物所成立了生物設計中心平臺實驗室，并圍繞生物計算設計，開始與亞馬遜云科技共同探索生物技術和信息技術相結合（BT+IT）技術體系，以進一步推動合成生物學發(fā)展，以期能夠為在健康、能源、農業(yè)和環(huán)境等領域的重大突破提供技術支撐。至今已推出了全球首個基于圖數據庫的大腸桿菌調控代謝關系知識圖譜ERMer和全流程高通量編輯序列設計云平臺AutoESD等20多項生物計算設計工具和軟件應用。云原生的開發(fā)方式較傳統(tǒng)方式大幅縮短開發(fā)時間，總體運行成本大幅降低，使得團隊可以專注于業(yè)務代碼和創(chuàng)新。
圖數據庫助力構建專業(yè)大腸桿菌調控代謝知識圖譜，提升科研效率
細胞中的代謝調控非常復雜，一個特定的細胞功能往往由一系列不同類型的代謝途徑調控相互作用決定。通常不同類型的調控數據散落在各個不同的數據庫，生物學家很難通過僅關注與所研究的代謝物/蛋白質密切相關的一兩類相互作用來識別這種復雜調控級聯關系。因此，將這些不同類型的調控相互作用匯集在一起，并提供方便的交互方式，將極大的方便生物學家挖掘和理解生物體內的復雜調控關系。天津工業(yè)生物所生物設計中心團隊聯合亞馬遜云科技團隊在計算生物學國際期刊Nucleic Acids Research上發(fā)表文章，發(fā)布了全球首個基于圖數據庫Amazon Neptune的大腸桿菌調控代謝關系知識圖譜ERMer，首次提供了全局的代謝調控圖譜，并通過可視化框架實現了豐富的搜索功能，如多步查詢、最短路徑查詢等。ERMer采用專門為高度關聯的復雜數據集的高效存儲和查詢設計圖數據庫架構，這打破了傳統(tǒng)的低效數據檢索方式，有效增強用戶和圖譜的人機交互，大大降低了使用門檻。
為充分發(fā)揮知識圖譜的價值，生物設計中心團隊還進一步采用基于圖神經網絡技術進行推理，成功實現了轉錄因子預測和轉錄因子靶點預測等功能，這將有助于挖掘潛在的關鍵調控因子和調控靶點，構建新的調控代謝網絡，能夠為研究人員提供新的思路和方向。
云原生Serverless應用架構加速生物計算設計工具研發(fā)
模塊化、標準化，是所有工程學科的基礎，也是合成生物學區(qū)別于傳統(tǒng)發(fā)酵行業(yè)的革命。工程學的可控性，意味著其將能夠與各種軟硬件進行結合，從而走向自動化與高通量，擺脫過往勞動密集型的研究模式，獲得更高的技術迭代能力。而對于這個過程，除了針對元件工具以外，將合成生物學的相關實驗流程進行模塊化、標準化，也是自動化研究當中不可或缺的一環(huán)。面向微生物遺傳操作，天津工業(yè)生物所生物設計中心團隊開發(fā)得到了第一個能夠在所有操作類型、任何基因組位點和跨物種上進行精確、自動化和高通量編輯序列設計的云平臺AutoESD。AutoESD 的開發(fā)采用了基于云端的無服務器架構，確保了高可靠性、穩(wěn)健性和可擴展性，能夠在幾分鐘內并行處理包含上千個編輯序列設計目標的數百個設計任務。開發(fā)人員利用Amazon Step Functions實現可視化的工作流管理，實現了編輯序列設計工作流的串聯，從而實現應用的快速構建和更新，同時快速查詢處理異常任務；利用Amazon Lambda無服務計算將不同的引物設計、同源臂設計等編輯序列設計模塊封裝打包，滿足了具體功能的模塊化開發(fā)要求，并方便地對功能模塊進行管理和共享；利用Amazon DynamoDB提供毫秒級的動態(tài)資源響應性能，并自動擴展所需資源以應對增加的業(yè)務需求。這些Serverless服務幫助天津工業(yè)生物所團隊進一步簡化運維，使得開發(fā)人員可以專注于業(yè)務代碼和創(chuàng)新，與傳統(tǒng)開發(fā)方式相比，開發(fā)時間縮短了75%，總體擁有成本降低高達50%。
未來，天津工業(yè)生物所團隊希望基于亞馬遜云科技先進的服務技術和能力，開展更多"BT+IT"的研發(fā)工作，進一步助力研究所在合成生物領域的科研探索。此外，也期望通過亞馬遜云科技的全球科研領域輻射能力，提升天津工業(yè)生物所生物計算設計方面的國際影響力，為世界各國的合成生物學科研工作者提供優(yōu)質服務。
天津工業(yè)生物所生物設計中心主任馬紅武表示："中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所肩負著國家工業(yè)生物技術發(fā)展的重任，并正在加速利用云計算推動相關技術的研發(fā)和成果落地。亞馬遜云科技提供的圖數據庫和Serverless服務，突破傳統(tǒng)的開發(fā)模式、提升研發(fā)效率、不斷優(yōu)化云上成本，生物技術和信息技術相結合的技術體系將進一步推動合成生物領域的發(fā)展和創(chuàng)新。"
亞馬遜云科技中國區(qū)商用與公共市場事業(yè)部總經理李曉芒表示："亞馬遜云科技為全球數千家生命科學領域客戶提供云服務和行業(yè)解決方案，助力從實驗室到真實世界，全面加速生命科學數字化創(chuàng)新。我們很高興能夠與天津工業(yè)生物所一道，通過云技術和深厚的行業(yè)實踐推動合成生物學領域的技術進步，開拓生物制造產業(yè)的數字化創(chuàng)新路徑。"
