读特客户端·深圳新闻网2022年9月23日讯（记者 叶梅）合成生物学研究就像“造汽车”，通过将各类生物“零部件”设计与组装来构建人工生物系统。生物元件作为“汽车”的基本“零部件”，它的数量和功能制约着合成生物学的发展。针对合成生物学元件匮乏这一关键问题，定向进化能够利用进化这个“上帝之手”的力量对已有生物元件进行改造和优化，使研究者获得所需的“定制化功能”，是合成生物学领域的关键核心平台性技术。
中国科学院深圳先进技术研究院刘陈立与傅雄飞团队基于对微生物在空间上生长迁徙的定量理解，开发了一种连续定向进化系统 （简称 SPACE），形成了简便、高效、大规模定制生物元件的平台性能力。 SPACE系统利用每个普通实验室都有的小小“平板”，将建库和筛选生物元件两个步骤结合在一起，从而实现实验装置的高度简化，成百上千的定向进化实验可以平行进行，一天时间就可以完成几十轮的进化。上述成果于9月21日在国际学术期刊《 Molecular Systems Biology 》上发表。
开辟连续定向进化的“创新”路径
传统的定向进化方法一般分为建库和筛选两个步骤，多轮进化往往需要进行大量的重复操作，耗费人力物力。2011年美国哈佛大学开发了噬菌体辅助连续进化系统（简称PACE），是定向进化领域一个重大突破。该方法能够使蛋白质在24小时内进化60轮，效率是传统实验室进化方法的100倍左右，并且整个实验过程无需人为干预，大大节省了技术人员的劳动成本。目前，该系统已被广泛应用于RNA聚合酶、TALEN、Cas9、碱基编辑器等重要酶类的进化改造。
然而，如果要同时进化多个目标蛋白，目前还缺少一种简便的定向进化技术/方法；另一方面，PACE系统需要连续培养装置（恒化器，chemostat）、复杂的流速控制与检测设备和一定的操作技巧，因此普通实验室不太容易开展PACE实验。
通过借鉴 PACE系统中的相关设计，研究团队将空间尺度引入到了连续进化系统中，建立了空间噬菌体辅助连续进化（ Spatial phage-assisted continuous evolution, SPACE ）系统。该系统不仅大大提升了系统操作的简便性及元件突变体的筛选效率，为连续定向进化开辟创新路径，还具备了合成生物学领域内元件开发优化的巨大平台型技术优势，将为工业、农业、医学等各方面提供突破性技术助力。