报告题目：生物过程优化放大与智能生物制造
报告时间：2021-04-11 14:30
报告人：庄英萍研究员，华东理工大学生物工程学院
报告地点：卢嘉锡楼202报告厅
摘要：
发酵工业是关系国计民生的重要产业之一，其产品应用涉及在食品、生物化工、医药、能源轻工等诸多行业。近年来，我国高性能发酵菌株自主构建能力不断提升，发酵过程精准优化与高效放大技术成为制约我国发酵产业快速发展的主要难题技术瓶颈。研究团队前期形成的多尺度相关分析优化放大技术方法已促进了发酵产业技术的提升，但还是以半经验型分析为主，所以复杂发酵系统精准优化和高效放大仍是难题。为此，研究团队开展了以细胞代谢特性和反应器工程特性参数分析为基础，细胞代谢模型和流场模型构建为核心，从过程实时分析技术、过程动态调控技术到精确预测模拟放大技术的发酵过程精准优化与高效放大关键技术体系，实现了如下的技术突破：集成开发了发酵过程关键指标参数实时在线监测体系。针对发酵过程细胞代谢特性参数在线检测的难题，集成活细胞检测、电子鼻、红外等先进在线传感技术，建立关键代谢物浓度在线检测、关键代谢速率在线计算的全方位监测体系，突破传统离线方法过程繁琐、分析滞后的限制，实现关键过程参数获取从小时级向秒级的跨越，为开发动态精准优化策略提供了保障；创新性整合不同规模代谢模型，建立发酵过程精准优化方法。针对发酵过程优化缺乏精准预测模型的问题局面，应用比较基因组学、代谢物组学、13C代谢流分析、过程在线传感分析等技术，构建了多维细胞代谢模型，精准预测和快速验证工业高产菌株的关键限制靶点、开发过程限制性参数动态精准调控策略，克服了传统试错优化方法耗时耗力、难以精准调控的不足；创造性构建了通用发酵过程放大效应预测模型，创建、提出并实施大规模反应器限制条件在小反应器“情景再现”的高效放大新方法技术。应用计算流体力学和细胞反应动力学技术，构建了放大效应预测模型，结合反应器优化技术，通过“情景再现”技术实现高效放大，颠覆了传统效率低下的逐级放大技术，实现发酵过程设备降耗20%以上，达到实现放大倍数从数十倍到上千倍的提升跨越。
展望未来，面向“数字化、网络化、智能化”时代，又提出了智能生物制造的未来技术发展方向：进一步开发适用于生物发酵过程的先进在线传感技术，实现生物制造过程营养物和胞内外表征代谢特性参数（含代谢物测定）的实时准确检测；利用生物过程异源异质海量数据的标准化，实现数据清洗、特征提取、参数关联分析，建立生物过程标准化动态数据库；在生物过程海量标准化数据基础上实现生物过程云计算技术，开发生物过程软测量仪表、故障诊断、精确智能控制等关键技术。
报告人简介：
庄英萍，博士，研究员，博导。现任华东理工大学生物工程学院院长，国家生化工程技术研究中心（上海）主任，生物反应器工程国家重点实验室常务副主任， 原“863”生物和医药领域工业生物技术主题专家，中国微生物学会第十届理事会常务理事，生化过程模型化与控制专业委员会主任委员，中国化工学会生物化工专业委员会副主任委员，上海市微生物学会副理事长。
长期从事发酵过程优化与放大研究，曾承担“973”课题负责人，现为上海市科委基地建设项目“上海生物过程工程专业服务平台再建设”项目负责人，参加了“十一五”、“十二五”期间863 、973等项目，2021年获批“绿色生物制造”重点研究计划的项目一项。长期来，她主要围绕工业生物过程的基础研究、关键共性技术研究和技术推广开展了大量工作，在多尺度发酵过程参数相关分析理论方法基础上，又形成了基于细胞生理特性和反应器流场特性相结合的工业生物过程优化与放大理论与方法及其相关的装备，近年又提出了智能生物制造的整体研究思路并开始实施。形成的相关理论、方法与装备在红霉素、头孢菌素C等数十个品种的工业发酵产品中成功应用。曾获得国家科技进步二等奖三项，近年获上海市科技进步、轻工联合会、教育部等二等奖三项；作为通讯作者在Trends in Biotechnology等SCI杂志发表25篇文章，获授权发明专利33项。