津滨网讯（记者 单毅）记者从位于天津港保税区的中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称“天津工业生物所”）了解到，研究所生物设计中心平台实验室与亚马逊云科技共同推动生物计算设计领域发展，目前已推出全球首个基于图数据库的大肠杆菌调控代谢关系知识图谱ERMer和全流程高通量编辑序列设计云平台AutoESD等20多项生物计算设计工具和软件应用。

图数据库助力构建专业大肠杆菌调控代谢知识图谱

2019年，天津工业生物所成立了生物设计中心平台实验室，并围绕生物计算设计，开始与亚马逊云科技共同探索生物技术和信息技术相结合（BT+IT）技术体系，以进一步推动合成生物学发展，以期能够为在健康、能源、农业和环境等领域的重大突破提供技术支撑。

据天津工业生物所生物设计中心副主任廖小平介绍，细胞中的代谢调控非常复杂，一个特定的细胞功能往往由一系列不同类型的代谢途径调控相互作用决定。通常不同类型的调控数据散落在各个不同的数据库，生物学家很难通过仅关注与所研究的代谢物/蛋白质密切相关的一两类相互作用来识别这种复杂调控级联关系。因此，将这些不同类型的调控相互作用汇集在一起，并提供方便的交互方式，将极大的方便生物学家挖掘和理解生物体内的复杂调控关系。据了解，天津工业生物所生物设计中心团队联合亚马逊云科技团队在计算生物学国际期刊Nucleic Acids Research上发表文章，并发布了全球首个基于图数据库Amazon Neptune的大肠杆菌调控代谢关系知识图谱ERMer，首次提供了全局的代谢调控图谱，并通过可视化框架实现了丰富的搜索功能，如多步查询、最短路径查询等。ERMer采用专门为高度关联的复杂数据集的高效存储和查询设计图数据库架构，这打破了传统的低效数据检索方式，有效增强用户和图谱的人机交互，大大降低了使用门槛。“为充分发挥知识图谱的价值，生物设计中心团队还进一步采用基于图神经网络技术进行推理，成功实现了转录因子预测和转录因子靶点预测等功能，这将有助于挖掘潜在的关键调控因子和调控靶点，构建新的调控代谢网络，能够为研究人员提供新的思路和方向。”廖小平说。

加速生物计算设计工具研发，开发时间缩短了75%

将合成生物学的相关实验流程进行模块化、标准化，也是自动化研究当中不可或缺的一环。据了解，面向微生物遗传操作，天津工业生物所生物设计中心团队目前还开发得到了第一个能够在所有操作类型、任何基因组位点和跨物种上进行精确、自动化和高通量编辑序列设计的云平台AutoESD。AutoESD的开发采用了基于云端的无服务器架构，确保了高可靠性、稳健性和可扩展性，能够在几分钟内并行处理包含上千个编辑序列设计目标的数百个设计任务。开发人员利用Amazon Step Functions实现可视化的工作流管理，实现了编辑序列设计工作流的串联，从而实现应用的快速构建和更新，同时快速查询处理异常任务；利用Amazon Lambda无服务计算将不同的引物设计、同源臂设计等编辑序列设计模块封装打包，满足了具体功能的模块化开发要求，并方便地对功能模块进行管理和共享；利用Amazon DynamoDB提供毫秒级的动态资源响应性能，并自动扩展所需资源以应对增加的业务需求。

中国科学院天津工业生物技术研究所生物设计中心主任马红武告诉记者，这些Serverless服务帮助天津工业生物所生物设计中心团队进一步简化运维，使得开发人员可以专注于业务代码和创新，与传统开发方式相比，开发时间缩短了75%，总体拥有成本降低50%。

亚马逊云科技中国区商用与公共市场事业部总经理李晓芒表示，亚马逊云科技将进一步助力从实验室到真实世界，全面加速生命科学数字化创新。未来将与天津工业生物所一道，通过云技术和深厚的行业实践推动合成生物学领域的技术进步，开拓生物制造产业的数字化创新路径。

滨海新区科技局相关负责人表示，将充分发挥天津工业生物所的引领带动作用，大力推进绿色生物合成、新型生物发酵等核心技术攻关，形成一批前沿自主创新产品，推动“四基、三链”自主创新产业体系构建，推动“平台-企业-人才-资本-政策-组织”六位一体产业支撑生态构建。