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国家重点研发计划“合成生物学”重点专项2019年度项目申报指南(征求意见稿)

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国家重点研发计划“合成生物学”重点专项2019年度项目申报指南(征求意见稿)

发布日期:2018-11-27 作者: 点击:

根据《国务院关于改进加强中央财政科研项目和资金管理的若干意见》(国发〔2014〕11号)、《国务院关于深化中央财政科技计划(专项、基金等)管理改革方案的通知》(国发〔2014〕64号)、《国家重点研发计划管理暂行办法》(国科发资〔2017〕152号)等文件要求,现将“变革性技术关键科学问题”、“合成生物学”、“发育编程及其代谢调节”等3个重点专项2019年度项目申报指南公开征求意见。征求意见时间为2018年11月26日至2018年12月11日。

国家重点研发计划相关重点专项的凝练布局和任务部署已经战略咨询与综合评审特邀委员会咨询评议,国家科技计划管理部际联席会议研究审议,并报国务院批准实施。本次征求意见重点针对各专项指南方向提出的目标指标和相关内容的合理性、科学性、先进性等方面听取各方意见。科技部将会同有关部门、专业机构和专家,根据征求意见情况,修改完善项目申报指南。征集到的意见将不再反馈和回复。

相关意见建议请于12月11日24点之前发至电子邮箱:jcs_zdxmc@most.cn。

科技部基础研究司 


“ 合成生物学” 重点专项2019 年度项目申报指南(征求意见稿)

合成生物学以工程化设计理念, 对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成。“合成生物学” 重点专项总体目标是针对人工合成生物创建的重大科学问题, 围绕物质转化、生态环境保护、医疗水平提高、农业增产等重大需求, 突破合成生物学的基本科学问题, 构建几个实用性的重大人工生物体系, 创新合成生物前沿技术, 为促进生物产业创新发展与经济绿色增长等做出重大科技支撑。

2019 年本专项将围绕人工基因组合成与高版本底盘细胞构建、人工元器件与基因回路、特定功能的合成生物系统、使能技术体系与生物安全评估等5 个任务部署项目。

1. 人工基因组合成与高版本底盘细胞构建

1.1 动物染色体设计与合成

研究内容:研究猪、小鼠等非灵长类哺乳动物人工染色体的设计原则, 发展动物超大人工染色体组装与转移技术, 开发基于人工染色体的异源免疫调节等技术, 构建人工动物染色体的防逃逸扩散技术。

1.2 植物人工染色体的设计与合成

研究内容:针对大豆、水稻、拟南芥等具有重要应用前景的作物或模式植物, 研究人工染色体的设计与组装原则与技术, 发展人工染色体向植物细胞核内转移技术; 开展植物信号转导通路研究, 在模式植物中实现特定功能重塑。

1.3 非天然噬菌体的设计合成*

研究内容:探索非天然碱基重新谱写噬菌体密码的遗传规律,揭示非天然噬菌体在重要耐药病原体中的扩展、表达、翻译、组装等机制, 研究人工噬菌体与宿主互作的分子机制及非天然噬菌体的精准控制基本原理。

1.4 非天然原核生物的设计构建与蛋白定向进化

研究内容:研究原核细胞基因密码子扩展的设计原则与技术, 创建在基因组层面大规模改写基因密码子的新方法; 探索非天然氨基酸对蛋白质结构功能的调控和增强, 研究基因密码子扩展在酶定向进化中的应用。

1.5 非天然真核生物的设计构建

研究内容:在真核细胞中研究基因密码子拓展的设计原则与技术, 开发同步编码多种非天然氨基酸的细胞构建技术, 研究翻译系统元件在真核细胞中的正交性和兼容性。

1.6 极端微生物底盘细胞的设计与构建

研究内容:建立极端微生物高效基因组编辑系统, 设计合成稳定通用的耐热、耐盐、耐碱、耐酸等特殊功能生物器件模块, 研究与构建极端微生物代谢网络, 构建适应特定环境和特殊生长条件的高版本底盘细胞, 开展规模化工业应用研究。

1.7 工业微生物全基因组代谢网络模型的优化设计和构建

研究内容:构建高质量工业微生物全基因组代谢网络模型库; 针对工业微生物( 如链霉菌、丝状真菌等) 开发系统的代谢流计算分析方法, 建立全基因组代谢网络模型与高效准确的代谢流分析软件平台;基于代谢途径的计算设计构建化学品的合成途径; 发展胞内能量与物质的调控技术, 实现代谢网络模拟理性设计和基因表达定量的精准调控, 实现工业菌株的高效合成。

2. 人工元器件与基因回路

2.1 功能性免疫分子的定向改造与人工合成

研究内容:以恶性肿瘤等重大疾病的免疫防治为目标, 开展功能性免疫分子人工合成的设计原则和技术体系研究; 发展快速模块化设计和改造优化新方法; 开发基于体外蛋白合成系统的人工免疫分子筛选技术; 建立免疫分子表达鉴定的高通量方法和技术体系; 研发具有自主产权的人工合成免疫分子及相应的新技术和新平台; 提高我国在原创性人工免疫分子设计方面的技术能力, 实现功能性免疫分子精准、快速的定向改造与人工合成。

2.2 代谢病诊疗基因回路的设计合成

研究内容:设计、构建实时监测体内代谢动态、实时反馈诊断、实时按需给药的智能化生物诊疗器件。创建能甄别代谢指标异常响应过程、调节正常代谢的基因回路和定制化细胞。设计、开发新一代基因表达控制开关用于药物精准表达释放。研究工程化病毒、细菌或哺乳动物细胞用于代谢疾病诊疗一体化的基因回路的设计和控制。建立自动化、智能化、数字化精准给药的代谢疾病诊疗体系。

2.3 微生物光合系统的重构与再造

研究内容:研究微生物光合作用光能吸收系统以及光合与碳代谢耦合等关键机制和过程。研究人工碳汇模块在微生物光合系统中的设计、组装、调控与适配, 优化微生物光合系统, 提高微生物光合固碳效率。开展异源组装光合模块的底盘细胞研究, 包括对真核微生物细胞基因编辑和异源表达研究, 构建相应的高效底盘细胞。

基因表达定量

2.4 高效生物固氮回路的设计与系统优化

研究内容:针对共生结瘤寄主范围狭窄、联合固氮效率低下等瓶颈问题,设计广谱结瘤、耐铵泌铵固氮等功能模块; 在固氮菌中进行高效固氮基因回路的设计、集成组装与系统优化, 构建小的固氮酶基因簇、根瘤菌与非豆科植物互作的人工基因回路和高效固氮工程菌, 在玉米等底盘作物中进行功能性与适配性分析; 在田间条件下分析固氮节肥效率并评价其对作物生长和产量的影响。

2.5 生物工业过程监控合成生物传感系统

研究内容:针对生物工业过程实时检测的难题, 研究发酵过程细胞内外代谢物积累与消长的生物传感系统。结合重要的生物反应过程, 理性设计特异性响应目标分子的基因回路及细胞传感器, 实现检测对象的信号放大和原位读出, 构建特定代谢物的生物传感系统; 实现生物工业过程动态瞬时实时监控, 优化现有发酵技术。

3. 特定功能的合成生物系统

3.1 微生物化学品工厂的途径创建*

研究内容:针对传统化学品或重要生物基产品, 创建新反应路径、碳原子回收、生物能供给、新化合物合成的非自然途径, 研究细胞代谢网络与非自然途径回路的互作关系, 解决非自然功能模块在底盘细胞中的适配问题, 构建人工途径的细胞工厂; 发展基因编辑重排、代谢进化等技术优化细胞工厂, 提高产物转化率和生产强度; 完成重要化学品微生物合成的生产示范。

3.2 新分子的生化反应设计与生物合成*

研究内容:根据化学合成原理, 研究化学品合成的生化反应机制, 创建全新的生化反应, 设计新功能分子生物合成与生物难转化分子的人工生物酶, 探索不同类型惰性碳骨架的合成或修饰方法, 建立新功能分子生物合成的技术基础; 开展新分子生物催化合成的微尺度规模化制备过程研究, 建立新分子合成的生物系统, 提高生产效率。

3.3 蛋白材料合成的细胞设计构建及应用

研究内容:针对以蛋白质为基础的功能材料等应用需求, 进行蛋白质的结构组分设计与分析, 揭示蛋白质序列组成、结构特征与活性功能之间的内在关系; 研究合成蛋白质产品相关宿主表达元件与功能模块的分子基础与组装编辑原理, 以及蛋白质产品高效合成的代谢与调控机制, 解决人造蛋白质合成细胞构建的基础问题, 创建高效人造蛋白合成细胞。

3.4 甾体激素从头生物合成的人工细胞创建及应用

研究内容:研究甾体激素生物合成途径的分子基础; 探究合成途径中关键蛋白的结构与功能, 掌握影响其位点专一性和手性专一性的分子机制; 研究甾体激素合成的碳代谢流分配与转运机制, 在微生物底盘细胞中进行合成途径的重建与优化; 发展蛋白理性改造、基因表达调控和细胞器改造等技术, 提升甾体激素合成能力和效率; 开发甾体激素的生物发酵合成技术, 实施应用示范。

3.5 微生物药物合成生物体系的网络重构与系统优化

研究内容:针对抗肿瘤、抗感染、糖尿病治疗等重大微生物药物品种的产能提升和绿色生产的迫切需求,以聚酮类、非核糖体肽类、氨基糖苷类的工业生产菌为研究对象, 解析其生物合成限速因子和复杂调控网络, 构建基于胞内遗传、代谢变化和菌株-发酵环境互动的人工智能数学模型, 阐明微生物药物的高产机制; 重塑药物工业生产菌的基因组, 重构其生物合成体系及其调控网络, 并逐级放大、优化人工合成生物体系。

3.6 活性污泥人工多细胞体系构建与应用

研究内容:针对现行活性污泥适应性差、存量大、快速处理效率低等缺点, 筛选和强化活性污泥污水处理相关的功能基因元件与代谢途径; 研究不同菌株共培养的兼容性与协同性规律; 建立对活性污泥中复合人工生物被膜体系进行观察测量和有效调控的方法, 建立用人工合成细胞提升活性污泥性能并且安全可控的策略。

3.7 合成生物肠道菌群体系构建及应用*

研究内容:针对重要肠道微生物, 简化基因组调控和增加有益功能模块; 针对有害肠道菌株构建人工合成菌群, 结合动物模型, 对消化系统疾病、代谢性疾病、精神疾病在内的诸多重大慢性疾病进行干预和治疗; 设计构建特定代谢产物的细菌传感器, 实现诊断肠道疾病。

3.8 新天然与人工产物的挖掘和高效合成的平台技术

研究内容:基于海量基因组数据, 通过利用合成生物学技术高通量合成以及组装潜在基因簇, 打造化合物高效自动化挖掘平台, 大量发现并开拓天然产物“暗物质”; 针对重要类型化合物改造适合其高产的微生物底盘细胞, 提供底物供给, 还原力以及蛋白翻译后修饰系统, 并优化比例和代谢网络, 放大后进入应用, 实现产业升级。

4. 使能技术体系与生物安全评估

4.1 新一代DNA 合成技术

研究内容:针对DNA 化学合成的技术瓶颈, 开发DNA 合成的生物酶体外催化技术; 开展非模板依赖的DNA 生物酶合成、特异性碱基连接等研究; 开发寡核苷酸合成功能模块、基于多酶系统的DNA 合成错误修复技术、基于荧光能量共振或激光扫描的DNA 合成长度检测功能模块; 研制DNA 生物合成仪。

5 部市联动项目

5.1 恶性肿瘤治疗性疫苗的设计与构建

研究内容:开展全合成、安全可控的恶性肿瘤治疗性疫苗的理论基础、设计原则、合成和评价研究; 建立肿瘤新抗原的高通量、智能、模块化筛选方法, 研发AI 算法, 辅助人工抗原设计, 快速高效标定抗原防治效果; 掌握免疫调控器件的设计和制备原则, 开发系列模块化、智能化调控线路及器件。设计合成具有一定通适性的仿生颗粒及细胞器等抗肿瘤疫苗输送底盘体系, 推进治疗性疫苗的临床应用进程。

5.2 细胞微环境重编程与疾病机理及治疗的研究#

研究内容:开发蛋白质元件, 特异性识别细胞微环境标志物及时空动态变化的鉴定方法; 改进定量时空调控肿瘤细胞外基质分泌的模块, 探索抑制肿瘤增殖和转移的治疗方案; 设计骨关节炎各阶段微环境的感受器及调节器, 改善软骨细胞及巨噬细胞的生物学性能; 基于整合素设计信号线路, 改造间充质干细胞, 研究定向分化和治疗的新策略和产品原型; 研究免疫细胞( 如嗜中性粒细胞等) 在调控肿瘤微环境中的作用及机制。

5.3 设计构建靶向实体瘤的新一代免疫细胞#

研究内容:以增强免疫细胞治疗技术在实体瘤领域的应用为研究重点, 设计构建重大恶性肿瘤疾病免疫细胞治疗动物模型; 人工设计新型CAR 及感受-应答调控元件, 构建能有效拮抗免疫抑制性肿瘤微环境、具有肿瘤浸润能力的新一代免疫细胞, 并进行安全性验证, 为肝癌、肺癌、乳腺癌、胰腺癌等多种实体瘤的防治策略提供决策支持和临床治疗手段。

5.4 外源基因元器件在农作物中的适配性评价共性技术#

研究内容:围绕专项研发的新元器件、新抗逆回路、新基因设计、新转化方法等, 评估其对农作物生长发育、营养品质和逆境抗性的影响, 建立基于外源元器件的分子特征的适配性评价共性技术方法, 系统性建立基于基因组、转录组和代谢组的评价模型、数据库和技术标准; 开展有关预测评价方法和田间规模化评价技术的开发, 为人工合成农作物的应用评价提供新技术、新方法和技术标准。

5.5 鲁棒型人工基因元器件的设计原理与应用#

研究内容:针对生命设计过程中各种人工基因元器件功能绝缘性低、底盘通用性差和环境适配性弱等关键工程科学问题, 建立生命基础过程的定量解析理论, 研究多种典型模式生物中细胞内外复杂环境对人工基因元器件的功能干扰问题; 设计具有超高鲁棒性的人工基因元器件, 使其具备即插即用等工程化属性; 开发适用于鲁棒型人工基因元器件设计、优化和组装的计算机辅助设计软件。


本文网址:http://www.igenebook.com/news/396.html

关键词:基因表达定量,基因表达调控,表观组学技术服务

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