中国科学家“零的突破”：陈国强教授荣获国际代谢工程奖

国际代谢工程学会（IMES）在其官方平台（）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，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。

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。

历届IMES Award获奖者

国际代谢工程奖评选委员会主席Sang Yup Lee教授表示：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，以进行生产多种PHA和其他小分子化合物，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合物的开放生产，陈国强教授获得国际代谢工程奖实至名归。

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。

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，成功开发了下一代工业生物技术（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。

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，括PHB、P34HB、P34HBHV、PHBHHX、PHB5HV、P3HP3HB等多种PHA材料，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。

不仅如此，在非粮碳源的利用上，陈国强教授也屡屡斩获突破。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。”