科学研究

聚焦生物体内糖、蛋白质和脂质三大代谢的交互代谢网络，揭示生物代谢网络的物质、能量和信号调谐过程及其精准调控机制，阐明高值天然产物生物合成机制，完成对生物代谢途径的设计、优化与重构，实现绿色细胞工厂的工程化示范。

高值化合物的生物制造深度解析能源化工产品（脂质、氢气、橡胶、丙二醇等）与高值天然产物（叶绿素、类胡萝卜素、多肽等）、生物医药中间体、生物农药和其他高值代谢物的合成途径及其调控网络；创建面向生物制造的生物合成体系，解决能源化工产品生物智造的新途径与高效率的重大关键科学问题；揭示具有重要活性的新天然产物的生物合成途径，开发适用于天然产物生物合成途径高效重构的异源表达体系；研究化学品与高值天然产物生物合成功能模块的设计、组装、调控与适配，突破天然生物合成途径的效能限制，实现对碳代谢和能量代谢的人工控制；设计构建中心代谢与产物合成的新的连接途径，构建相关天然产物生物合成的细胞工厂，提升细胞工厂的产物合成效率，突破天然生物合成的调控和效能限制，实现目标产品的高效合成；建设相关产物检测、分析、定量和活性分析新平台，提高生物制造目标产物的生物活性和安全性。

新种质资源的生物智造利用基因组编辑改造的高效遗传操作技术、DNA合成组装技术、全基因组关联分析技术、大规模遗传分析-转化-筛选-评价技术、人工智能抗逆技术、基于基因回路的抗逆调控技术、生物光合固氮增强技术以及基于生物模块的生物抗逆与固氮体系等借鉴遗传学、化学等领域的新概念和新技术设计高效光合作用新体系，构建综合效益显著的新一代人工智能农业体系。并在此基础上通过设计、优化及重构作物关键代谢途径，创制具有重要育种潜力的作物新种质，为培育高产高抗优质作物新品种提供重要育种资源。

绿色细胞工厂的工程化示范针对具有工业化应用潜力的绿色细胞工厂，开发无痕工业化生产技术体系，实现无痕工业化细胞工厂构建技术的重大突破；结合目标产物和细胞工厂培养过程的环境特征，对环境参数、基质浓度、生理参数进行实时监测、关联、反馈和控制，有效地平衡细胞生长和目的产物合成；在大量培养数据的基础上，借助人工智能技术构建神经网络模型，用于复杂培养过程建模和状态预测，通过考察模型的适应能力、自我组织能力、自我整理能力，构建全自动化高值天然产物生产系统；将细胞工程培养、采收和目的产物分离结合，形成完整的生产链组；进而建立高效低成本培养和过程优化控制策略，及高值产物生产耦合与放大集成技术，实现目标产物的高效合成和工程化示范。

本方向由张立新教授担任方向带头人，黄继红、师冰洋、王道文、方敏、陈辉等教授为学术骨干。