2021年1月25日，国际知名学术期刊Current Opinion in Biotechnology在线发表了特邀综述文章 “Accelerating strain engineering in biofuel research via build and test automation of synthetic biology” ，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所的司同研究员为本文通讯作者，张建志助理研究员为第一作者。文章从生物燃料的合成生物研发角度，探讨了自动化生物铸造厂和工程化基础设施（Biofoundry）在菌株高通量构建、测试方向的应用，并基于作者设计、建设和运行Biofoundry的经验，从学科交叉、标准化、柔性集成、数据驱动自动化等方面提出了展望。
（全文开源获取链接：
https://authors.elsevier.com/a/1cTbB_LoKFvMkl，有效期至2021年3月16日）
生物燃料是重要的可再生能源之一，有望替代石油来源的汽油和柴油等，但是现有生物催化和代谢效率仍然无法满足大宗生物燃料商业化的需求。合成生物学基于工程化理念，构建具有特定功能的人工生命系统；但由于缺乏理性设计，当前仍需要长期、反复的人工实验试错。自动化合成生物学及其工程化基础设施（Biofoundry）旨在提升合成生物实验对象、方法、技术的标准化和模块化水平，实现自动化“设计-构建-测试-学习“闭环运行与海量工程试错，从而不断提高理性设计合成生命系统的能力。
作者对Biofoundry在生物燃料菌株自动化“构建-测试”方面的应用、机遇和挑战进行了重点阐述：“构建“关注DNA合成组装和底盘工程改造；”测试”关注合成基因设计在底盘中的功能验证。其中，自动化DNA合成组装是Biofoundry的核心功能，结合标准化实验容器以及配套高通量仪器设备（图1），能够开展合成基因元件、线路和基因组的规模化、高精度构建和测序验证，现有Biofoundry每天可以开展上千个定制化的DNA组装实验（表1）。此外，Biofoundry可实现底盘细胞的自动化培养、转化和克隆挑选，除大肠杆菌、酿酒酵母等模式微生物外，目前对厌氧微生物、藻类、植物等非模式底盘体系也已经开发了不同程度的自动化方案（表2），是领域研究的前沿和热点。最后，针对纤维素降解、底物利用、产物合成等生物燃料生产的不同方面，基于光学、色谱、质谱等手段，可以对合成元器件、基因线路和工程菌株的功能可以开展自动化、多模态量分析，从而在Biofoundry上进一步实现人工智能算法和自动化实验之间的迭代反馈，提高生物燃料菌株研发的效率、通量和规模。
图 1 自动化工程DNA构建流程
表1 Biofoundry自动化组装工程化DNA应用
表2 生物燃料相关底盘细胞的自动化转化
作者所在单位中国科学院深圳先进技术研究院牵头建设合成生物研究重大科技基础设施。该设施由深圳市政府投资建设，是深圳市光明区科学城建设优先启动和布局的重点项目之一，共建单位为华大生命科学研究院、深圳第二人民医院。
该设施旨在打造一个用户的“云端实验室”和运营者的“智能实验室”二位一体的工业化合成生物研究平台，将自动化、信息化与生物技术相融合，实现高通量、标准化合成生物研发能力，服务学术研究与工业应用需求，建成后将成为全球最大规模合成生物研究科学大装置。
自动化合成生物技术及工程化基础设施尚处于发展初期，需要合成生物、自动化、分析化学、信息技术等多领域的研究人员共同协作，进行设施平台自身的多轮工程化迭代优化。作者所在研究课题组以及合成生物设施团队长期招聘博士后、研究助理和访问学生，以及自动化硬件、软件、应用和生信工程师等，如对自动化合成生物研究与工程化设施建设感兴趣，可以与司同研究员联系（tong.si@siat.ac.cn）。