清华大学生命学科高层次人才中心论坛丨

丹麦技术大学Pablo Iván NIKEL教授报告会

2024.11.20 生命科学学院 陈国强教授实验室

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前言：

本论坛每学期会邀请不同领域报告人，进行专题学术报告，倡导由研究生策划、主持撰写新闻稿件，并由学生主导午餐会等丰富的活动，期间进行师生进一步互动、学术交流与讨论。

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2024年11月20日，清华大学生命学科高层次人才中心论坛的学术报告会在生物医学馆E109会议室顺利举办，此次论坛由生命学科高层次人才中心和生命中心共同支持。清华大学合成与系统生物学中心陈国强教授实验室邀请丹麦技术大学生物可持续性中心的Pablo Iván NIKEL教授，围绕“Engineering growth-coupled biosynthesis of animal pigments in bacteria”这一主题展开了精彩的报告。

图1.陈国强教授主持会议开始

本次论坛由生命学院陈国强教授和陈国强教授实验室的2022级直博生邵明威主持。会议伊始，主持人介绍了本次会议的整体流程，并由陈国强教授对Pablo Iván NIKEL教授的到来致以热烈欢迎，陈教授表示，Pablo在合成生物学这一领域具有国际知名影响力，两人不仅是多年老友，也是中欧合成生物学领域科研合作上强强联手的伙伴。随后，陈国强教授隆重介绍了Pablo Iván NIKEL教授的科研经历。

图2.Pablo Iván NIKEL教授进行报告

经陈国强教授宣布会议开始后，Pablo Iván NIKEL教授展开了主题报告。正式报告开始前，Pablo表示非常开心能够来到中国最好的大学进行此次学术交流，同时强调了交流的自由延展性，他特别表示“I am here for you”，并积极鼓励所有人都能参与到本次会议中来进行互动。

图3.陈国强教授和Pablo Iván NIKEL教授交流

Pablo Iván NIKEL教授首先介绍了他于2017年在丹麦技术大学主持搭建的平台——The Systems Environmental Microbiology Group （SEM），该平台主要包括系统生物学与合成生物学和合成代谢两个研究方向，关注分子、生化、环境、生态及转化等多个合成生物学领域的重要科研问题，而此次报告主要围绕合成代谢领域下的Bridging chemistry across species (animal-based molecules produced in bacteria)这一主题展开。

图4. 报告精彩瞬间

Pablo Iván NIKEL教授的科研团队依循合成生物学经典思路——DBTL Cycle（Design-Build-Test-Learn Cycle）。DBTL循环持续迭代，其目的是持续提升微生物性能，以打破最终产物的生产瓶颈。微生物代谢及其控制是非线性的复杂网络系统，细胞依靠其精巧的基因线路以及严格的调控机制来维持各项代谢活动的稳定，然而目前人类仍然缺乏对于系统运作的完整信息，因此优化代谢网络往往需要进行持续迭代优化，目前的通用模式为 DBTL。Pablo Iván NIKEL的团队希望解决的最关键的科学问题是“有关于人类能在多大程度上拓展自然代谢以满足我们对新分子的需求？”因此，结合DBTL的理念，团队基于微生物底盘Pseudomonas putida搭建了一个优良的代谢工程平台，并试图利用合成代谢的手段在Pseudomonas putida内对众多重要生化分子进行全新的编辑设计。

Pablo Iván NIKEL教授表示在有关微生物组学的信息挖掘中，他们探索到巨大的生物合成潜力，这些潜力对于生化分子的多样性拓展至关重要，同时，它们也是未来生物基发展的关键。虽然代谢途径的异源表达在许多研究中都已经取得了广泛的成功，但大多数方法在初始生产水平偏低的情况下都面临着相似的命运，需要进行广泛的、资源密集型的迭代菌株工程优化。对此，Pablo Iván NIKEL教授介绍了一种生长耦合生物合成（GrowBio）的策略，它将微生物生长与特殊化合物生产不可逆转地联系起来。

Pablo Iván NIKEL教授以一项典型的研究为例，展示了GrowBio在生产结构复杂的动物生物色素眼黄素（xanthommatin）的即插即用多功能性。眼黄素作为一种高昂的动物来源制剂，在材料应用、护肤及化妆品产业、活体材料加工及制药业中都具有重要的应用价值。在Pablo的研究中，眼黄素的生物合成直接为新设计的假单胞菌5,10-亚甲基四氢叶酸营养缺陷型（PUMA）的生长提供动力。在基因组规模代谢建模的帮助下，PUMA被设计和构建为由内源性甲酸控制，甲酸作为耦合生物合成副产品在色氨酸到黄素的多步转化中共同产生。通过结合适应性实验室进化，Pablo Iván NIKEL团队利用生长速率选择来简化眼黄素的克级生物生产，确立了GrowBio作为一种大有前景的生物技术方法，以用于未来建立和优化微生物生产增值分子。

报告在热烈的掌声中告一段落，而Pablo Iván NIKEL教授所传递的热情并未结束。随后，Pablo Iván NIKEL教授与现场师生进行了更进一步地交流与讨论，不仅基于报告中所涉及的细节问题，许多同学也以个人在科研课题中遇到的问题发问，并得到了Pablo Iván NIKEL教授亲切地反馈与指导。

图5.学生提问环节

最后，伴随同学们再次的掌声，陈国强教授向Pablo Iván NIKEL教授赠送了精美的礼品表达感谢，并就未来两所实验室，两所高校，两个国家在合成生物学领域的进一步合作达成共识。随后两位教授和同学们一起共进午餐，期间与同学们进行了轻松地学术交流。本次报告会就此圆满结束。

在此，特别鸣谢生命科学联合中心、清华大学生命科学学院对此次论坛的大力支持。

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嘉宾介绍

Pablo Iván NIKEL教授简介：

Pablo Iván NIKEL出生于阿根廷，他在2004年获得了圣马丁大学的生物技术本科学位，并在布宜诺斯艾利斯大学的生物技术和分子生物学研究所以及生物化学系获得了博士学位，期间他的研究重点是在大肠杆菌中重新利用双组分信号传导系统来生产生物聚合物和生物燃料。2011年，作为博士后研究员前往马德里的Víctor de Lorenzo实验室工作。目前，他在丹麦技术大学的生物可持续性中心（DTU Biosustain）建立了系统环境微生物学小组，旨在重新设计新型化合物的生物合成，重点关注自然界中尚未存在的精细化学品。Pablo Iván NIKEL课题组的工作目标是通过（i）重构环境细菌的中心碳代谢，（ii）为革兰氏阴性细菌的基因组编辑和基因表达提供定制工具，（iii）工程化无需氧气的生活方式，（iv）整合自然界中不发生的新（生物）化学反应，以及（v）通过专用生物传感器监测单个细胞的氧化还原和能量状态，来扩大基于环境细菌的细胞工厂的潜力。目前，Pablo Iván NIKEL在DTU Biosustain担任高级研究员和研究小组组长，领导着系统环境微生物学小组（Systems Environmental Microbiology group）。作为一名国际知名生物技术学家，Pablo Iván NIKEL一直对微生物和生物生产感兴趣，并致力于通过工程化环境细菌来实现向可持续生活方式的转变。

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