基于人工智能和计算生物学的合成生物学元件设计

合成生物学是按照一定的规律综合已有的信息设计和构建全新的生物元件、装置和系统,或者重新设计已有的天然生物系统。合成生物学的核心在于设计、改造、重建或制造生物元件、生物反应系统、代谢途径与过程,乃至创造具有生命活动能力的细胞和生物个体,为解决人类发展在环境、资源、能源等方面面临的若干重大挑战提供新技术方案。毫无疑问,从DNA重组到基因电路设计,合成生物学的发展为众多领域带来全新的解决方案,优良的催化与调控元件是设计高效、鲁棒的系统的基础。然而,合成生物学的元件通常是天然的生物大分子,其固有的复杂性限制了对其工程化改造,导致合成生物技术的潜力未能得到充分发掘。随着人工智能(artificial intelligence,AI)与计算生物学的兴起和发展,有望助力该技术更好地发挥其价值。本文主要介绍了基于AI与计算生物学的不同类型的元件设计,聚焦催化元件、调控元件、传感元件三类元件的设计和前沿进展以及生物元件改造在合成生物学研究领域中的应用方面的研究进展。