中国粉体网讯 11月18日，2021年两院院士增选结果正式揭晓，我国著名的生物制药工程专家、教育部合成生物学前沿科学中心主任元英进教授当选中国科学院院士。据了解，本次两院院士增选共有149人当选，其中，中国科学院增选院士65人，中国工程院增选院士84人。
元英进教授
元英进教授现任天津大学副校长、天津大学化工学院教授、教育部合成生物学前沿科学中心主任；国家自然基金委创新群体负责人、国家杰出青年基金获得者、国家973项目首席科学家、国家重大863项目首席专家；获得侯德榜化工科学技术成就奖、药明康德生命化学成就奖等；研究成果入选“2017年度中国科学十大进展”、“2017年中国十大科技进展新闻”、2017年度“中国高等学校十大科技进展”等，引起国内外专家和媒体的广泛关注。《Science》同期发表专文评论，成果受到《Nature》、《Nature Biotechnology》、《Nature Reviews Genetics》等多个顶级期刊专文或亮点介绍。
研究方向
（1）合成生物学：人工基因组设计合成、天然产物人工生物合成体系、人工混菌体系
（2）系统生物学：微生物与环境相互作用
（3）生物制药：微生物药物合成
（4）生物能源：纤维素乙醇和航空燃油生物合成
学术兼职
《Frontiers of Chemical Science and Engineering》副主编
《Biofuels, Bioproducts and Biorefining -Biofpr》编委
《Chemical Engineering and Processing》编委
IChemE Fellow
《化工学报》、《过程工程学报》、《食品与生物技术学报》编委
材料化学工程国家重点实验室学术委员会委员
精细化工国家重点实验室学术委员会委员
生物反应器工程国家重点实验室学术委员会委员
研究成果
2017年3月10日，元英进教授领导的研发团队在《Science》期刊上发表两篇论文，成功实现了酵母5号和10号染色体的化学合成，在人工基因组化学再造方面取得了重大突破。团队解决了长染色体精准定制合成难题，并进一步提出了基因组重排精准控制方法。
这意味着，科学界对模式真核生物——酵母的人工基因组建立了精准的化学合成方法，并赋予其持续进化能力，具有重大的学术价值和经济价值；这也意味着，中国成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。
化学再造两条染色体 成功实现生物活性
酵母染色体的化学合成与再造，是一个极具挑战的科学难题，面对众多未知的困难，需要莫大的信心和勇气。
酵母是具有工业应用价值的模式真核单细胞生物，共有16条染色体。元英进教授及其团队负责5号和10号两条染色体的合成工作。与原核生物在遗传物质特点上有诸多不同，真核生物的遗传物质信息量要庞大得多、复杂得多。元英进教授团队负责的5号染色体共有53.6万个碱基对，10号染色体则有超过70.7万个碱基对。
基于多年化学工程领域的研究基础，元英进教授用工程学思想将这一庞大的工作进行了系统设计。“染色体可以看作一个大楼，我们可以把它分解成每一层楼、每一间屋、每一块砖。我们的合成工作就从构建基本的‘砖’开始，我们称之为‘Building Block’。以5号染色体为例，我们将53.6万个碱基对分成了17个大的片段，再分成263个中等片段，进而分解成942个长度为750个碱基对的小片段。这些小片段就是我们最后合成整条染色体的‘Building Block’。这一策略显著提升了超长DNA从头合成的工作效率。”
创建缺陷修复技术 解决长染色体精准合成难题
合成染色体很难，想要获得有生物活性的人工合成染色体难上加难。在基因组的化学合成过程中，碱基序列的异常和错配会严重影响合成细胞的生长与功能，即人工合成基因组存在缺陷。因此，如何定位和修复这些缺陷靶点是基因组合成面临的两大难题。
在合成基因组中发现并修正一个碱基突变错误，往往要花费数月时间，而且难度巨大。元英进教授及其团队创新性地开发出了一种合成基因组的缺陷靶点定位技术——混菌标签缺陷序列定位方法（pooled PCRTag mapping[PoPM]），能够快速匹配出人工合成的酵母基因组中导致表型异常的基因靶点，实现了人工合成菌株和野生型菌株一样具备自我调控能力，做到化学合成基因组具有生物活性。
对酵母5号染色体的初级合成版本解析显示，共有3331个碱基不同于设计版本，且种类复杂。要想完全修复这些缺陷，是一个巨大的挑战。
对此，元英进教授及其团队运用同源重组技术和基因打靶方法，建立了系统性的双标定点基因组精确修复技术和DNA大片段重复的修复技术，历时18个月将5号染色体中3331个错误序列全部修复，每一个分子都能够精确匹配设计序列。
这一技术的突破首次实现了真核人工基因组化学合成序列与设计序列的完全匹配，为人工基因组的重新设计、功能实现与技术升级奠定了基础。
更进一步，元英进及其团队还通过双分子“逻辑门开关”启动基因组重排系统，实现了基因组重排的精准控制，在基因水平上实现酵母菌性能的快速进化。这一技术在未来人工合成各类分子领域有着巨大的应用潜力，通过定向的高通量筛选，有望实现能源产品、天然产物、药物分子的高效合成。
参考来源：天津大学官网、新华社
