祝贺！清华大学陈国强教授荣获国际大奖

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

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）。

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。

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。

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。”