走进深圳光明科学城启动区，探寻生命科学之问

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宇宙的起源在哪里？生命的本质是什么？随着生物技术的发展和变革，研究生命的底层规律有了更精密的仪器和设备。

4月27日，在首届光明科学城论坛的主论坛环节举行了重大科技基础设施入驻仪式。重大科技基础设施长什么样？有何作用？日前，《中国科学报》记者走进了位于深圳光明科学城启动区的合成生物研究、脑解析与脑模拟两个重大科技基础设施，揭开它们的“神秘面纱”。

一条长长的环形走廊，连接着五座独立的大楼，这里是两大设施的所在地。据悉，两大设施的总投资超过了16亿元，总建筑面积约8.5万平方米。国内首台超高场动物磁共振uMR9.4T、自动化物流与笼具清洗系统、合成生物自动化功能岛、云实验室系统……楼宇之间，生命科学的难题或许将在这里得到答案。

两大设施航拍图 朱洪波摄

合成生物的“自动化铸造厂”

谈到大设施，人们可能首先会想到正负电子对撞机、中国天眼“FAST”、重离子加速器等大型科学装置。与大型仪器设备不同，合成生物研究重大科技基础设施（以下简称合成生物大设施）里的仪器设备并不大，但它承载了研究、设计生命体的重要职责。

走进合成生物大设施，14层楼分为了合成基因组学研究中心、定量合成生物学研究中心、合成生物化学研究中心、细胞与基因线路设计中心，以及设计学习平台、合成测试平台、用户检测平台三大平台。

据介绍，这里将成为全球领先的智能化生命系统设计与制造平台，是将软件控制、硬件集成和合成生物学应用进行系统整合的大型规模化合成生物研究基础设施，为全国合成生物学研究提供强有力的支撑。

来到4楼的合成测试平台实验室，记者看到一排排坐落有序的自动化功能岛，每个功能岛都仅需要一至两位科研人员便可以完成高通量的精密实验的操作

位于合成生物大设施4楼的自动化功能岛 朱洪波摄

以合成酵母为例，它的制备、拼装、转化、验证等每一个步骤都分别对应着一个特定的自动化功能岛，就像一个个车间，整合起来便是一条合成酵母的生产线。

“如今，大部分生物实验仍属于劳动密集型，耗费了极大的人力和时间成本。合成生物大设施就像‘生物铸造工厂’，将极大地缩短实验周期，提高实验效率，让科学家们从传统的手工实验中解放出来。”深圳合成生物研究重大科技基础设施总工艺师司同介绍，整个合成生物大设施未来将建设30余个自动化功能岛，大力推动合成生物基础研究向前发展。

2021年，在北京香山召开的“定量合成生物学”主题学术讨论会上 ，与会专家们提到，如今合成生物学面临的重大挑战，是缺乏对生命体“理性设计”的指导，这是制约合成构建更复杂、更可控的生物系统的关键瓶颈。

“合成生物的最终目标便是理性设计生命体，就像拼乐高积木，没有图纸便很难拼出想要的模型。合成生物大设施便是帮助科学家们降低试错成本，通过数据驱动和大脑思考驱动，获得生物定量规律，得到生命图纸，最终实现生物体的理性设计。”中国科学院深圳先进技术研究院副院长、深圳合成生物学创新研究院院长刘陈立表示。

“未来，我们希望合成生物大设施与国际上的大设施形成统一的软硬件国际标准，共同推动全球合成生物学研究标准化、规范化。”刘陈立说道。

兴起于21世纪的合成生物学，融合了生命科学、物理学、化学等多学科为一体，推动生物体进行再设计与合成，是国际各国竞相抢占布局的新兴学科之一。如今，我国已有18个省（市）将“合成生物”写进规划，分别从平台建设、技术突破、产业应用等方面，规划了合成生物学的发展路径。

跨物种的脑科学大设施

老年痴呆症、自闭症、抑郁症、脑卒中和语言障碍等重大神经系统疾病，目前还没有有效的治疗药物。

在脑解析与脑模拟重大科技基础设施（以下简称脑设施），近1600台/套仪器设备即将入驻，为探索重大脑疾病机理研究，及相关药物的研发提供重要支撑，例如，国内首台超高场动物磁共振uMR9.4T，可为研究小动物模型结构 、功能、表观生理和分子机制等设计，能够实现在无损伤的情况下对生物个体进行分子水平的成像，是目前最先进国产高场磁共振动物成像设备。

国内首台超高场动物磁共振uMR9.4T  脑设施供图

在脑设施里， 14层楼被分为了脑解析模块、脑编辑模块和脑模拟三大模块，模块之间实现功能相互支撑、密切合作，实现多模式动物同一时空的精确解析模拟能力，实现脑科学研究和脑疾病诊疗手段以及药物开发的跨越式发展。

“传统的脑科学研究模式中，模式动物单一、研究布局零散，且实验条件各不相同，造成了数据多样，实验重复性低，研发周期慢，无法准确地将实验结果应用到临床。”据中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所所长、深港脑科学创新研究院院长王立平介绍，跨物种是脑设施的重要特点，首批将入驻非人灵长类动物平台、啮齿类动物平台和影像平台为主的专业技术团队，脑设施的建成将极大推动脑疾病诊断策略的应用研究和转化研究，具有重大的社会和经济意义。

在脑设施总工艺师丁澄的带领下，记者在负1层的小动物洗消间看到，自动化物流与笼具清洗系统已经可以使用，与电梯、门锁自动通讯的AGV小车从饲养间将笼具运达后，通过机械臂实现笼具的废料倾倒、清洗、分拣，再由AGV小车将笼具精准送达实验动物楼层，极大地降低了人力成本，保证了实验动物和科研人员的安全。

用于笼具废料倾倒、清洗、分拣的机械臂 朱洪波摄

“目前小动物洗消区的清洗系统大部分由国内企业研发，推动相关参数的验证和新技术研发，助力国产化设备的应用和发展。”丁澄介绍。

王立平介绍，“安全、伦理、创新是脑设施建成后必须要遵循的三个顺序，其中实验动物的入驻最重要的一环，我们首先要保证实验动物的安全，通过会分级分批次入驻，帮助它们平稳过渡到新的环境，保证实验体系的安全性”