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“無人區(qū)不是沒有人做的區(qū)域，它是存在于科學(xué)最前沿的未知區(qū)域，推動著人類知識邊界的拓展”，日前，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所閆建斌在接受記者采訪時如此說。

今年，憑借“在解析紫杉醇生物合成途徑關(guān)鍵步驟方面做出的貢獻(xiàn)，支持他在紫杉醇的高效生物制造方向進(jìn)行探索”，閆建斌成為第六屆“科學(xué)探索獎”生命科學(xué)領(lǐng)域的獲獎?wù)咧?，也是我國農(nóng)科院系統(tǒng)的首位獲獎?wù)摺Ｔ?0月19日頒獎典禮前夕，閆建斌接受記者采訪，回顧研發(fā)中的關(guān)鍵時刻，暢想未來五年產(chǎn)業(yè)的發(fā)展藍(lán)圖。他說，自己過去的研究成果得益于深圳長期、穩(wěn)定的支持，希望未來能在深圳探索紫杉醇合成生物制造的產(chǎn)業(yè)化之路。

打通紫杉醇合成通路

《哈利?波特》系列小說中伏地魔使用的魔杖是由紫杉木制成，這種植物又稱紅豆杉，從中提取的紫杉醇是世界知名的廣譜抗癌藥。閆建斌說，一個成年卵巢癌患者，一個治療周期所需的紫杉醇大約需要從30～50棵20年樹齡的紅豆杉中提取。而紅豆杉生長緩慢，提取紫杉醇成本高，難以滿足人民群眾的癌癥防治需求。能否不依賴這種植物對紫杉醇進(jìn)行生物合成，是一個世界性難題。正是這樣的難題，成為閆建斌想要去闖一闖的“無人區(qū)”。

1990年，美國率先開發(fā)出一條高效的紫杉醇化學(xué)半合成路線，并迅速實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)，但該路線需要從紅豆杉中提取生產(chǎn)原料巴卡亭III等生產(chǎn)原料，生產(chǎn)成本依然很高。接下來的30余年內(nèi)，盡管全球上百個科研團(tuán)隊都投入到了紫杉醇的生物全合成研究中，仍未能取得突破性的進(jìn)展。

閆建斌說，紫杉醇獨(dú)特且高度復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，被稱為只有自然界能夠調(diào)配出來的“小怪物”。為了打通紫杉醇合成通路。他十余年來帶領(lǐng)團(tuán)隊，繪制了南方紅豆杉基因組圖譜，發(fā)現(xiàn)了紫杉醇生物合成的關(guān)鍵酶，揭示了紫杉醇合成調(diào)控的新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了紫杉醇生產(chǎn)原料巴卡亭III的異源生物合成。該研究成果結(jié)束了闡明紫杉醇生物合成途徑的漫長研究歷史，成為植物代謝與合成生物學(xué)領(lǐng)域的引領(lǐng)性原創(chuàng)成果重大突破。

全流程用上AI工具

在全球?qū)ψ仙即嫉难芯慷枷萑胪r期，曾有前輩勸說閆建斌不要繼續(xù)從事這個領(lǐng)域的研究。但他覺得，正是因?yàn)樘y才更有挑戰(zhàn)，困難總要有人去突破。而如果要突破，就不能走前輩們的老路，必須做新的嘗試，要做更加基礎(chǔ)、更加交叉的研究。

近年來，各學(xué)科間交叉合作越來越多。尤其是AI已成為推動科學(xué)研究和技術(shù)進(jìn)步的重要工具?！癆lphafold出來后，我就和合作團(tuán)隊探討，在基因組學(xué)，代謝組學(xué)等如何能跟AI更好融合”，閆建斌說，在紫杉醇項目的研究過程中，已經(jīng)全方位、全流程采用了AI相關(guān)技術(shù)，包括：用AI來預(yù)測紫杉烷類分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，通過建立AI算法模型，在沒有標(biāo)準(zhǔn)品的情況下，可以判定是哪個細(xì)胞中生成了紫杉烷類分子；用AI指導(dǎo)人工設(shè)計，進(jìn)行關(guān)鍵酶活性和溶解性的改造；在分析基因組以及基因表達(dá)調(diào)控等方面，為了提高效率，也引入了AI。

“AI正在加速我們的研究，但我們還有很多工作要做，比如如何把不同類型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，如何讓AI模型更好理解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等等”，他稱，在后續(xù)產(chǎn)業(yè)化過程中，需要開發(fā)適配發(fā)酵體系的生產(chǎn)工藝，其中有很多參數(shù)需要檢測、分析和調(diào)整，也會用AI進(jìn)行全程優(yōu)化?！霸趯?shí)際工作中，多臺平行發(fā)酵罐的上樣、取樣和分析過程比較復(fù)雜，人工成本非常高，利用自動化構(gòu)架和AI，就像汽車超級工廠一樣，只需要很少操作人員，就能快速獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，開發(fā)高效的生產(chǎn)工藝。相信未來中國在生物制造領(lǐng)域，AI能夠全面加持”。

用五年時間推進(jìn)中試

本屆“科學(xué)探索獎”管理委員會雙主席之一，中國工程院院士、北京大學(xué)博雅講席教授高文談及本屆評選時曾說：“我們既考量申報人的過去工作，也考察他的未來設(shè)想。希望以此選出那些想前人不敢想，為前人不敢為的優(yōu)秀青年科學(xué)家，真正助力于提升國家的原始創(chuàng)新能力，推動人類文明的進(jìn)步?！?/span>

科學(xué)探索獎官方評價認(rèn)為，閆建斌的研究成果將有助于開辟紫杉醇原料藥生產(chǎn)的新途徑，有助于創(chuàng)造更有效抗癌藥物發(fā)現(xiàn)的新機(jī)遇，有助于開拓合成生物制造的新前景。

談及未來的方向，閆建斌說，紫杉醇的生物合成分兩步走，第一步是解碼，我用了10年的時間走通了。第二要從概念證明到產(chǎn)業(yè)化示范，“紫杉醇的生產(chǎn)成本現(xiàn)在還是太高，它不僅是抗癌藥，在心腦血管等疾病治療方面也有很好的作用，產(chǎn)量一定要做上來”。

閆建斌表示，在獲獎后，希望用五年時間推進(jìn)小試到中試。“我相信，通過綠色生物制造路線，紫杉醇的生產(chǎn)成本將會大大降低，這將促進(jìn)新型紫杉醇類抗癌藥物的開發(fā)，加快紫杉醇在心腦血管器械支架等領(lǐng)域的應(yīng)用，拯救更多人的生命，還將加速我國形成紫杉醇生物制造新質(zhì)生產(chǎn)力。”

他更加希望，深圳有著完整的生物制造與生物醫(yī)藥創(chuàng)新鏈，眾多產(chǎn)業(yè)基金，高效的政府科創(chuàng)管理等不可多得的優(yōu)勢，紫杉醇的產(chǎn)業(yè)化之路很有希望率先在深圳走通。“我當(dāng)年從北京來到深圳，就是一個全新創(chuàng)業(yè)的開始，我們這個實(shí)驗(yàn)室從無到有，得到了深圳長期和大力的支持。我覺得，在深圳，只要你愿意做具有重大意義的事情，敢啃硬骨頭，即使風(fēng)險很高，深圳也愿意給予支持”。

他呼吁，紫杉醇生物制造產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，需要全社會各方面力量加入，希望有更多的有志之士加入進(jìn)來，共同開創(chuàng)我國的紫杉醇制造新產(chǎn)業(yè)。以前高端的紫杉醇藥物都要進(jìn)口，未來，我們要實(shí)現(xiàn)生物制造的紫杉醇出口到國外。