祝贺！清华大学陈国强教授荣获国际大奖

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来源：微构工场

近日，国际代谢工程学会（IMES）在其官方平台（https://www.aiche.org/）上重磅宣布，将2023年度国际代谢工程奖（IMES Award）授予中国学者、清华大学生命科学学院、化工系教授、合成与系统生物学中心主任陈国强（图1），以表彰他通过开发利用嗜盐菌和“下一代工业生物技术（NGIB）”对全球代谢工程领域所做出的卓越贡献。

国际代谢工程奖由代谢工程领域的国际权威学术组织国际代谢工程学会发起，每两年授予一位在代谢工程领域做出卓越贡献的研究人员，并在其和美国化学工程师协会（AIChE）共同举办的国际代谢工程大会（Metabolic Engineering Conference）上颁奖。2023年的第15届国际代谢工程大会将于6月11日至15日在新加坡举行，届时陈国强教授也将出席大会，并向全球学者介绍下一代工业生物技术（NGIB）在生物制造领域的最新进展。

图1 | IMES在官方网站上的展示

陈国强教授成为首位获得IMES Award的中国科学家

自2000年国际代谢工程奖正式颁发以来，获奖者均来自海外，陈国强教授是首位获得该奖项的中国科学家。此前获得国际代谢工程奖的科学家包括生物化学工程先驱James E.Bailey、合成生物学领域权威Jay Keasling、以及多位美国工程院院士等顶尖科学家（表1）。

国际代谢工程奖评选委员会主席Sang Yup Lee表示：“陈国强教授一直致力用合成生物学的方式对嗜盐菌进行研究开发，来生产多种PHA和其他小分子化学品，对代谢工程领域做出了突出的贡献。目前，工程极端微生物和‘下一代工业生物技术’的概念已被广泛采用并应用于化学品的开放生产。这次获奖实至名归。”

历届获得IMES Award的科学家
年份	姓名	职位	主要成就
2023	陈国强	清华大学生命科学学院教授、清华大学合成与系统生物学中心主任	长期从事合成生物学、PHA材料生物制造及以嗜盐菌为基础的“下一代工业生物技术”研究，其开发的NGIB技术用于大规模生产PHA和多种化合物。
2020	Costas Maranas	美国宾夕法尼亚州立大学化学工程系Donald b.Broughton教授	C.Marians团队开发并部署了基于系统工程和数学优化的计算框架，以理解、分析和重新设计代谢和蛋白质。
2018	Jack Pronk	荷兰代尔夫特理工大学工业微生物学教授兼生物技术系主任、荷兰科学界最高奖项史蒂文奖获得者	对酵母工程的研究结果用于戊糖的酒精发酵和提高第一代和第二代原料的乙醇产量，并在工业规模上应用。
2016	Bernhard Palsson	美国工程院院士、加州大学圣迭戈分校生物工程学教授，是AIChE、AIMBE、AAAS和AAM会士	他的研究包括计算生物学方法、基因组规模模型、数据分析方法的开发，以及红细胞、大肠杆菌、CHO细胞和许多人类病原体的特定系统生物学模型的制定。
2014	Vassily Hatzimanikatis	瑞士洛桑联邦理工学院化学工程和生物工程副教授	从事系统生物技术、生物信息学和生物系统复杂性领域。
2012	Jay Keasling	国际合成生物学产业化先驱，美国工程院院士，现任美国劳伦斯伯克利国家实验室生物科学首席科技官、美国生物能源联合研究所CEO、美国加州大学伯克利分校合成生物学工程研究中心主任、Hubbard Howe杰出讲席教授	开创性设计构建了生产抗疟药物青蒿素的微生物，变革了中药提取青蒿素的传统手段。
2010	Eleftherios Terry Papoutsakis	特拉华大学化工系主任，美国国家工程院院士，美国化学工程师学会（AIChE）、美国化学学会（ACS）、美国微生物学会（ASM）、国际代谢工程学会（IMES），工业微生物与生物技术学会（SIMB）和欧洲动物细胞技术学会（ESACT）会士	主要研究系统生物学、代谢工程、实验和计算基因组学等领域，并在干细胞生物学和原核生物学中应用，从生物质中生产生物燃料和化学品。
2008	Sang Yup Lee	韩国科学技术院（KAIST）资深教授，也是美国工程院外籍院士、美国科学院外籍院士、韩国国家科学与工程院院士。现任韩国科学技术院长，系统与合成生物学、生物过程工程研究中心和生物信息学研究中心主任	从事代谢工程、蛋白质工程、生物高分子材料、DNA芯片、蛋白质组学、基因组学以及生物信息学。
2006	James Liao	美国国家科学院院士，美国工程院院士、美国国家发明家学会会士，白宫可再生能源创新“变革冠军”，总统绿色化学挑战奖获得者，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校化学暨生物分子工程系系主任	长期从事代谢系统改造、合成生物学、系统生物学及微生物合成燃料等基础前瞻科学研究。
2004	Jens Nielsen	代谢工程学科创始人之一、丹麦皇家科学院院士、瑞典皇家科学院院士、美国工程院外籍院士、国际代谢工程学会创会主席	主要研究方向包括高效的细胞工厂构建、细胞机理的深度解析、人类代谢疾病研究等。
2002	Gregory Stephanopoulos	美国工程院院士，美国化学工程师学会(AIChE)理事，雅典学院通信院士，美国麻省理工学院化学工程与生物技术W.H.Dow 教授以及哈佛大学医学院生物工程教授	主要研究将微生物转化为化学工厂生产燃料和化学品的工程。
2000	James E.Bailey （1944-2001）	美国休斯顿大学化学工程系教授、代谢工程先驱，是“现代最有影响力的生物化学工程师”。他在AIChE生物工程学会颁发的詹姆斯·E·贝利生物工程领域杰出贡献奖中受到纪念。他在生物技术和代谢工程方面的众多贡献获得了多项奖项，包括第一届默克代谢工程奖	将代谢工程的应用扩展到工业微生物之外，涵盖哺乳动物细胞和组织以及医学应用。

表1 | 历届IMES Award的获奖者

陈国强教授表示，深感荣幸能获得2023年国际代谢工程奖，“我一直以获得IMES Award的学者们所取得的成就为榜样，激励自己不断创新代谢工程和合成生物学的研究。期待NGIB能够在合成生物学和代谢工程舞台上大放异彩，为推动生物制造产业向前发展、为人类的可持续未来尽一份力！”

陈国强教授长期从事“生物合成PHA材料及其下一代工业生物技术”的研究，他在国际学术期刊如Chemical Reviews、Chemical Society Reviews、Science、Advanced Materials、Advanced Science、Nucleic Acids Research、Nature Communications、Trends in Biotechnology、Biomaterials、Metabolic Engineering和Current Opinions in Biotechnology等上共发表微生物技术和生物材料相关论文380多篇，Web of Sciences记录论文被引用两万五千多次(H指数为77)[Google Scholar引用六万多次，H指数100]。陈国强教授已经获得授权专利50多项，以及50个公开专利。

陈教授以往获得的荣誉还包括：全国先进科技工作者（2016）、候德傍化工创新奖（2015）、首届闵恩泽能源化工杰出贡献奖（2013）、谈家祯生命科学创新奖（2011）、教育部长江学者特聘教授（2004）、教育部高校青年教师奖（2004）、第八届中国青年科技奖（2003）、纽伦堡国际发明奖（2003）、茅以升科技奖（2003）、自然科学基金委国家杰出青年（2002）、 国家发明二等奖(排名第一)（2002）等。是973“合成生物学”项目以及国家重大专项项目的首席科学家、清华大学生命科学学院、化工系教授，合成与系统生物学中心主任、英国曼彻斯特大学兼职讲座教授。曾连续6年获得清华大学学生“良师益友”的光荣称号，进入清华大学“良师益友”名人堂。他也连续9年获得清华大学高论文他引的“梅贻琦奖”，并连续七年获得Elsevier出版社生化与分子生物学高引用作者。

2023年3月21日，Synthetic and Systems Biotechnology（SSB）期刊也郑重宣布，陈国强教授将担任该期刊的共同主编。他还担任下面国际国内学术期刊的副主编包括《生物工程学报》、《合成生物学》、《Biotechnology Advances》、《Journal of Biotechnology》 、《Microbial Cell Factories》、《Biotechnology Journal》和《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》。同时也是《Trends in Biotechnology》、《Current Opinions in Biotechnology》、《Metabolic Engineering》、《Microbial Biotechnology》、《Applied Microbiology and Biotechnology》、《Biomaterials》、《Biomacromolecules》等的编委。

NGIB将为生物制造领域带来颠覆性变革

2005年，陈国强教授和科研团队在位于世界最酷热、最干燥的地区之一、盐浓度达200克/升的中国新疆艾丁湖筛选出适应力最强的工业微生物菌株——嗜盐菌Halomonas，利用合成生物学和代谢工程学方法，通过DBTL（设计-构建-测试-学习）体系重新编辑嗜盐菌的基因，改造出适应能力更强、生长速度更快的菌株，成功开发了NGIB，覆盖了理论、模型、分子操作、实验室培养技术、中试技术及工业生产技术，以及部分产品的应用等（图2）。

相比于利用传统微生物底盘的工业生物技术（CIB），如大肠杆菌等，基于嗜盐菌的NGIB无需灭菌，生产过程可以开放和连续化，降低了能源和淡水消耗，并且降低了生物制造的复杂性和设备的制造成本，使生物制造产品竞争性得到增强。陈国强教授团队预测，NGIB能够将传统生物制造的能耗降低50%以上，并大幅提高生产效率。

图2 | 合成生物学企业微构工场、微琪生物、安琪酵母、麦得发、中粮生化等已应用最新的NGIB技术，进行规模化生物制造

陈国强教授前期利用传统的微生物底盘对PHA材料进行过大规模的生产，发现了染菌问题很难解决，进而对嗜盐菌进行多年的代谢工程以及合成生物学改造，以令其更适用于大规模生物制造。包括重构Halomonas底盘细胞底物代谢途径，使能利用多种底物，启动子工程和血红蛋白的配置以及新型发转搅拌发酵罐，使利用氧气效率大幅提升；重编群体效应代谢通路、形态学工程，改变变细菌的生长方式、改造嗜盐菌的表面电荷，使细菌自凝絮，有利于连续发酵和菌分离；开放式的发酵减少了工艺流程和设备的复杂性等，目前该菌株已连续超过20代迭代。

合成生物学改造的嗜盐菌体系，也成功实现了各种生物及化学品的成功生产，包括PHB、P34HB、P34HBHV、PHBHHX、PHB5HV、P3HP3HB等多种PHA材料（图3），此外，还可用于生产戊二胺、四氢密呢、肌醇、氨基酸、3-轻基丙酸等产品。目前获得的各种PHA材料正在开发用于医疗组织工程、功能材料、薄膜、纤维以及3D打印。PHA材料的降解产物3-轻基丁酸及其衍生物也用于研究治疗骨质疏松和老年痴呆等。

图3 | 利用NGIB技术生产的PHA颗粒

不仅如此，在非粮碳源的利用上，陈国强教授也屡屡实现突破。经过改造后的嗜盐细菌，还可以利用秸秆糖、餐厨废料、废糖蜜、废工业乙酸等原料，来合成PHA材料，为农业废弃秸秆的高值利用储备了先进技术，实现非粮碳源生产。

目前，陈国强教授开发的技术已经在合成生物学产业中得以应用，《人民日报》曾评价：“在合成生物学和‘下一代工业生物技术’制造PHA生物塑料的道路上，陈国强团队使我国处于世界领先的水平。”

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