• 亞馬遜雲科技助力天津工業生物所開發生物計算設計核心資料庫和網站工具
  • 成功推出全球首個基於圖資料庫的大腸桿菌調控代謝知識圖譜ERMer
  • 成功開發全流程高通量編輯序列設計雲平臺AutoESD等20多項輔助設計工具

天津——2023年3月28日，中國科學院天津工業生物技術研究所（以下簡稱天津工業生物所）與亞馬遜雲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展的現狀和未來進行溝通交流。

天津工業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、綠色生物製造等重點研發計劃任務。2019年，天津工業生物所成立了生物設計中心平臺實驗室，並圍繞生物計算設計，開始與亞馬遜雲科技共同探索生物技術和資訊科技相結合（BT+IT）技術體系，以進一步推動合成生物學發展，以期能夠為在健康、能源、農業和環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於圖資料庫的大腸桿菌調控代謝關係知識圖譜ERMer和全流程高通量編輯序列設計雲平臺AutoESD等20多項生物計算設計工具和軟體應用。雲原生的開發方式較傳統方式大幅縮短開發時間，總體執行成本大幅降低，使得團隊可以專注於業務程式碼和創新。

圖資料庫助力構建專業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複雜，一個特定的細胞功能往往由一系列不同型別的代謝途徑調控相互作用決定。通常不同型別的調控資料散落在各個不同的資料庫，生物學家很難透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複雜調控級聯關係。因此，將這些不同型別的調控相互作用匯集在一起，並提供方便的互動方式，將極大的方便生物學家挖掘和理解生物體內的複雜調控關係。天津工業生物所生物設計中心團隊聯合亞馬遜雲科技團隊在計算生物學國際期刊Nucleic Acids Research上發表文章，釋出了全球首個基於圖資料庫Amazon Neptune的大腸桿菌調控代謝關係知識圖譜ERMer，首次提供了全域性的代謝調控圖譜，並透過視覺化框架實現了豐富的搜尋功能，如多步查詢、最短路徑查詢等。ERMer採用專門為高度關聯的複雜資料集的高效儲存和查詢設計圖資料庫架構，這打破了傳統的低效資料檢索方式，有效增強使用者和圖譜的人機互動，大大降低了使用門檻。

為充分發揮知識圖譜的價值，生物設計中心團隊還進一步採用基於圖神經網路技術進行推理，成功實現了轉錄因子預測和轉錄因子靶點預測等功能，這將有助於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路，能夠為研究人員提供新的思路和方向。

雲原生Serverless應用架構加速生物計算設計工具研發

模組化、標準化，是所有工程學科的基礎，也是合成生物學區別於傳統發酵行業的革命。工程學的可控性，意味著其將能夠與各種軟硬體進行結合，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。而對於這個過程，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組化、標準化，也是自動化研究當中不可或缺的一環。面向微生物遺傳操作，天津工業生物所生物設計中心團隊開發得到了第一個能夠在所有操作型別、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雲平臺AutoESD。AutoESD 的開發採用了基於雲端的無伺服器架構，確保了高可靠性、穩健性和可擴充套件性，能夠在幾分鐘內並行處理包含上千個編輯序列設計目標的數百個設計任務。開發人員利用Amazon Step Functions實現視覺化的工作流管理，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組封裝打包，滿足了具體功能的模組化開發要求，並方便地對功能模組進行管理和共享；利用Amazon DynamoDB提供毫秒級的動態資源響應效能，並自動擴充套件所需資源以應對增加的業務需求。這些Serverless服務幫助天津工業生物所團隊進一步簡化運維，使得開發人員可以專注於業務程式碼和創新，與傳統開發方式相比，開發時間縮短了75%，總體擁有成本降低高達50%。

未來，天津工業生物所團隊希望基於亞馬遜雲科技先進的服務技術和能力，開展更多“BT+IT”的研發工作，進一步助力研究所在合成生物領域的科研探索。此外，也期望透過亞馬遜雲科技的全球科研領域輻射能力，提升天津工業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質服務。

天津工業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生物技術研究所肩負著國家工業生物技術發展的重任，並正在加速利用雲端計算推動相關技術的研發和成果落地。亞馬遜雲科技提供的圖資料庫和Serverless服務，突破傳統的開發模式、提升研發效率、不斷最佳化雲上成本，生物技術和資訊科技相結合的技術體系將進一步推動合成生物領域的發展和創新。”

亞馬遜雲科技中國區商用與公共市場事業部總經理李曉芒表示：“亞馬遜雲科技為全球數千家生命科學領域客戶提供雲服務和行業解決方案，助力從實驗室到真實世界，全面加速生命科學數字化創新。我們很高興能夠與天津工業生物所一道，透過雲技術和深厚的行業實踐推動合成生物學領域的技術進步，開拓生物製造產業的數字化創新路徑。”