Team name

X-Unlimited Possibilities 队

Carnosine-producing engineered bacteriaAI-driven metabolic optimization and construction筛选鹅肌肽工程菌候选方案，并通过无细胞体系与发酵逐步验证

天津大学合成生物与生物制造学院T3 生物制造

Project title

Carnosine-producing engineered bacteriaAI-driven metabolic optimization and construction

T3 生物制造鹅肌肽工程菌无细胞与活菌

团队以鹅肌肽为目标产物，先用代谢模型定位瓶颈，再对 2,304 组启动子—RBS 组合进行预测排序，并计划经无细胞体系和工程菌发酵逐步验证。

Team name: X-Unlimited Possibilities 队
Institution: 天津大学合成生物与生物制造学院

项目以大肠杆菌基因组尺度代谢模型 iML1515 为计算底座。项目将鹅肌肽异源合成通路导入 iML1515，使用通量平衡分析（FBA）定位代谢瓶颈。结果定位到两处： CARNS1 限速酶 —— 通路中的限速步骤； β-丙氨酸与 SAM 甲基供体 —— 两个前体／辅因子的供给。两类瓶颈分别对应酶活性与前体、辅因子供给。前者需要提升限速酶活性，后者需要增强前体与辅因子供给。两类瓶颈需要在后续设计中分别优化。

研究路径

启动子—RBS 组合优化

确定代谢瓶颈后，需要进一步优化表达强度。表达强度由启动子和核糖体结合位点（RBS）共同决定，两者形成组合设计空间 —— 设计空间包含 2304 组启动子—RBS 元件。对全部组合逐一实验的成本较高。项目搭建 GPR 高斯过程回归模型对这 2304 组批量预测，再借助主动学习筛选增产潜力最优的组合。主动学习优先选择不确定性较高的组合，以提高实验信息量。

代谢模型: iML1515
设计空间: 2304 组启动子—RBS
快速验证: CFPS 无细胞体系

01
阶段 1
无细胞体系快速验证
常规活细胞验证需要依次完成质粒构建、转化、培养与产量检测。CFPS 无细胞体系使用细胞提取物完成转录翻译，可在数小时内获得读数。采用 CFPS 无细胞高通量体系验证 AI 预测方案，实测产量数据回流迭代模型，形成「计算设计—体外筛选—模型更新」的闭环。
02
阶段 2
工程菌株构建与发酵验证
团队以鹅肌肽为目标产物，先用代谢模型定位瓶颈，再对 2,304 组启动子—RBS 组合进行预测排序，并计划经无细胞体系和工程菌发酵逐步验证。该流程的目标是缩小实验候选范围；成本和效率需在完成同口径对照后评估。

翻译起始瓶颈诊断脚本脚本读取 mRNA 开头结构、SD 配对、间距和 standby 位点等自由能分项，逐项判断主要限制因素，并给出 RBS 与 N 端协同优化提示。

RBS 梯度设计与表达预测tir_pred 曲线将 51 个 RBS 的预测翻译起始强度从 670 排列到 41,332.5，为后续元件组合筛选提供由低到高的表达梯度。

CARNS1 结构模型复核PyMOL 中加载 AlphaFold 预测的 CARNS1 单体结构，团队据此查看限速酶的三维构象，衔接代谢瓶颈定位与后续工程设计。

学术海报从代谢模型定位瓶颈，到元件组合预测与主动学习筛选，再到无细胞体系验证。

批量预测结果表高亮行表示在当前模型排序中靠前的启动子—RBS 组合。

X-Unlimited Possibilities 队

Carnosine-producing engineered bacteriaAI-driven metabolic optimization and construction

代谢模型定位合成瓶颈

启动子—RBS 组合优化

项目推进与验证路径

无细胞体系快速验证

工程菌株构建与发酵验证

项目图表与方法记录

计算、实验与候选复核记录