上海市生物工程学会：2023年对工程生物学研究路线图短期目标的评估（15页）.pdf

1、 美国工程生物学研究联盟 对工程生物学研究路线图短期目标的评估 中国科学院上海营养与健康研究所 上海生命科学信息中心 上海市生物工程学会 2023 年 4 月 对工程生物学研究路线图短期目标的评估 合成生物学信息参考 2023 年第 4 期（总期 134 期）美国工程生物学研究联盟 对工程生物学研究路线图短期目标的评估 2019 年 6 月，美国工程生物学研究联盟（EBRC）发布首份工程生物学技术路线图工程生物学：下一代生物经济的研究路线图，为未来 20 年工程生物学技术发展设定了预期目标，并细分为 2 年、5 年、10 年和 20 年的阶段性里程碑。在该路线图发布后的第一阶段的里程碑（2 年

2、）之际，EBRC 开展了该阶段目标进展的调查与评估，将这 2 年来的进展与当初设定的目标进行了对比，并于 2023年 3 月发布该阶段的评估报告。图 1 工程生物学研究路线图 2 年里程牌的评估 报告使用了 3 种颜色来评估发展达到计划预期的程度，绿色：指这一突破性能力的进展领先于路线图预测；灰色：指进展符合预期（计划内）；红色：则是指进展未及预期。总体上看，技术主题“工程 DNA”和“宿主工程”的指标进展 对工程生物学研究路线图短期目标的评估 合成生物学信息参考 2023 年第 4 期（总期 134 期）较好，而“生物分子工程”和“数据科学”则相反，有较多方向都未及预期（图1）。报告强调，在

3、未来，“生物分子工程”和“数据科学”有可能会形成差异化的竞争壁垒，是需要注意和加大投入的技术方向。1.工程 DNA：基因编辑、合成和组装 工程 DNA 是一项基础技术，也是生物分子工程和宿主工程进步的基础，并将推动所有应用领域的工作。基因编辑、合成和组装（工程 DNA）的研究侧重于“工具的开发和改进，实现染色体 DNA 合成和整个基因组的编辑”。之前路线图预测，合成 DNA 的市场已经逐渐成熟。2019 年以来，随着酶促 DNA 合成和底盘独立重组酶辅助基因组工程（CRAGE）等多项平台技术的进步，这一预测仍然适用。表 1 评估工程 DNA 2021 年里程碑进展 基因编辑、合成和组装的进展基

4、因编辑、合成和组装的进展 目标目标：制造具有高保真度的，长度为数千个寡聚核苷酸的长链 突破能力突破能力：高效进行寡聚核苷酸合成，从而提高寡聚核苷酸的数量、长度和保真度。2021 年里程碑：合成一百万个长度为 200 个单体的寡聚核苷酸，错误率应低于 1 个错误/500 核苷酸。目标目标：同时进行具有高保真序列的多片段 DNA 组装 突破能力突破能力：预测性设计 DNA 序列，实现更长、信息更丰富的 DNA 片段组装。2021 年里程碑：将 DNA 序列设计与核苷酸组成优化相结合，支持合成并保持遗传系统的功能。突破能力突破能力：用于一步法、持续进行长 DNA 片段组装和序列验证的方法。2021

5、年里程碑：可靠组装 10000 个碱基对的非克隆 DNA 片段。突破能力突破能力：工程化遗传系统的合成、组装和功能测试管线。2021 年里程碑：在低保真、易出错的遗传系统中实现所需功能。目标目标：在多个位点同时进行精确的基因组编辑，并且不发生脱靶效应 突破能力突破能力：在任何生物体中可靠地进行任何精确、特定的编辑（单核苷酸多态性或基因替换），同时不产生任何不必要的编辑，编辑范围从单个碱基突变到整个路径的插入 2021 年里程碑：在模式生物中进行任何特定单碱基对改变。突破能力突破能力：在不同的时间段内、多种细胞和生物体中进行精确、可预测、可调控的基因表达。对工程生物学研究路线图短期目标的评估 合

6、成生物学信息参考 2023 年第 4 期（总期 134 期）2021 年里程碑：实现长期的基因抑制和活化。突破能力突破能力：能重复、高效地将编辑结构传送到特定的靶细胞或组织，并控制编辑器的剂量和时间。2021 年里程碑：提高编辑器功能，使其在无序列要求下（例如 PAM 序列）获得与 2019 年最先进的功能相媲美。注：对 2021 年的每个里程碑都进行了评估以确定实现其进展的情况。4 个都填充绿色的圆圈表示 2021 年已经实现或接近完成目标，3 个填充的圆圈表示在实现 2021 年里程碑方面已经取得了重大进展，2 个填充的圆圈表示在实现 2021 年里程碑方面进展不大，1 个填充的圆圈表示在