寻找青年的声音⑤ | 童垚俊：用自研工具，构建高效“微生物细胞工厂”

放线菌——这个大众如此陌生的名词，却与卡那霉素、链霉素、土霉素等“大名鼎鼎”的抗生素生产息息相关。一个坏消息是，这类微生物很难在基因层面上被人为改变，因此自被誉为抗生素开发黄金时期的上世纪60-70年代以来，就几乎没有全新作用机制的抗生素药物被研发出来。

35岁的上海交大副教授童垚俊，从2013年起就致力于合成生物学研究，利用“基因剪刀”CRISPR为放线菌构建了一个多能的遗传操作“工具箱”，这些工具可以大大提高设计和改造特定微生物的进程。

这些经过特定“设计和改造”后的微生物，有望兼容多种代谢途径后成为智能微生物细胞工厂，去行使环境污染物的高效生物降解、生物活性分子的绿色环保生物合成、特定药物分子的原位靶向递送治疗相关疾病等多种功能。

“21世纪是生物的世纪，用生物本身去解决人类面临的各种问题，是我们想走的路。”他说。

利用诺奖成果开发“工具箱”，

无偿给全球100多家实验室使用

研究人员若想了解生命的内部运作机制，往往需要通过修改细胞中的基因去实现。长久以来基因操作都是一项耗时、低效、困难的工作，直到被誉为“基因剪刀”的CRISPR/Cas9技术被开发和成功用于基因编辑，大大加快了人们“改写”生命密码的速度，甚至改变了整个生命科学研究的格局。2015年，《科学》杂志将它评为年度十大突破之首。去年，发明它的两位女科学家被授予诺贝尔化学奖。

从事合成生物学研究的童垚俊也是“基因剪刀”的使用者和受益者。他研究中主要“打交道”的对象放线菌，是原核生物中一类能在基因组中编码大量天然产物分子的特殊类群，现今临床上一半以上的抗生素和抗肿瘤药物都来源于它。然而，由于传统手段复杂、耗时、低效的特点，极大地限制和阻碍了通过基因层面的改造、优化，让这类微生物合成新的化合物的研究进展。

为了解决这一问题，童垚俊2013年远赴丹麦，在世界顶尖的合成生物学研究机构“诺和诺德基金会生物可持续性研究中心”工作学习。留学期间，他开发了放线菌领域内全球功能最完善的CRISPR遗传操作工具箱，覆盖了包括基因敲除、敲入、敲低、单碱基替换和组合编辑等几乎所有DNA遗传操作需求，将原本两个多月敲除一个基因的操作缩短到10多天，同时效率提高一个数量级。

“由于放线菌等原核生物只有一条染色体，且绝大多数缺乏高效的DNA断链修补机制，当用CRISPR/Cas9去剪断DNA而敲除一个基因时，往往会因压力过大引发DNA修补混乱，我们构建了可以对单个碱基分子进行精确编辑的单碱基编辑器，让整个遗传操作变得更加精细，让‘剪刀’对生物的副作用也更小。”他说。

童垚俊关于放线菌基因工具箱的一系列论文发表后，在业内引起巨大反响，目前这套工具箱已无偿分享给了全球包括美国劳伦斯伯克利国家实验室、美国伯克利大学、康奈尔大学等100多家单位使用。

合成生物学，

点亮未来无限可能

作为21世纪新兴的生命科学分支学科，合成生物学被广泛认为是下一个生物技术革命的突破点，也是各国必争的生物技术核心高地之一。有别于传统生物学“自上而下(Top-down)”的研究思路，合成生物学的研究内容往往是从最基本的要素、零件开始，一步步设计、搭建和组装，因而拥有一套好的合成工具就显得十分重要。

目前，童垚俊的主要研究方向是利用合成生物学的理念去设计和构建微生物“细胞工厂”，而“细胞工厂”有三个有潜力转化方向：一是用来绿色高效合成对我们有用的化学分子原料；二是用于对天然难降解污染物的有效生物分解；三是用作携带特定药物分子产生途径的活体治疗微生物，治疗特定疾病。

“用生物去解决生物问题，是我从小就有的想法。”童垚俊说。以用肠道微生物治疗结直肠癌等肠道疾病为例，在他的设想中，可以做到把特定微生物改造成携带某些药物生产通路的治疗细胞，去定点靶向治疗相关疾病。

报效国家是初心，

远大理想要先把“小事”做好

去年底，童垚俊拒绝了国外的终身工作合同，毅然回到上海交通大学，从零开始组建自己的课题组。他说，当年出国得到了研究生导师张立新教授的极大帮助、鼓励和影响，走的时候导师就对他说，学成了一定要回国效力，报效国家，这句话一直深埋在他心底。

回国后，他真正感受到了祖国这些年在科技上的进步。学校为他们搭建了最好的平台，校内外交流很多，合作更是频繁，生活上也得到了来自学院、学校和政府相关部门无微不至的帮助。截至目前，他的团队已经有5名优秀的成员，他们正进一步做好“工具箱”的基础上，朝三个既定目标前行。

“仰望星空前，要先把手边的‘小事’做好。”童垚俊说。他在网站上贴出“英雄令”，他希望有更多分子生物学、微生物、代谢工程、计算生物学等背景的人才能选择他们团队，一起为构建高效的微生物“细胞工厂”的目标奋斗。

来源：浦江创新论坛

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原标题：《寻找青年的声音⑤ | 童垚俊：用自研工具，构建高效“微生物细胞工厂”》

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