项目名称
木质素芳香生物制造AI 驱动的价值转化
T3 生物制造木质素芳香产物色谱与酶活
全球每年有大量木质素被燃烧或低值处理,尚未充分利用其可再生芳香资源价值。天津大学 AroSynth 用图神经网络对目标酶做全位点饱和突变扫描,给湿实验一份按优先级排序的清单;而湿实验回过头来,纠正了项目团队对通路瓶颈的判断。
- 队伍名称
- AroSynth_SSBB-TJU
- 所属院校
- 天津大学合成生物与生物制造学院
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队伍口号
“算力破译芳香酶系,创新激活木素潜能 ”
项目背景
木质素资源的低值利用
全球每年有大量木质素被当作废料燃烧或低质处理。木质素低值处理同时造成资源浪费与额外碳排放。木质素转化路径受关键酶催化效率限制。木质素解聚可为芳香化学品提供可再生原料来源。
研究路径
残基相互作用图建模
项目以残基相互作用图为输入,联合建模蛋白序列、三维结构与突变信息。蛋白折叠后空间接近的残基可能共同影响功能。项目采用图神经网络建模折叠后的残基空间关系。图神经网络与蛋白质语言模型分别提取结构和序列特征,用于预测高潜力突变位点。
- 建模对象
- 7 个目标酶
- 计算方法
- 残基相互作用图神经网络
- 实验验证
- HPLC + 酶活测定
项目过程
项目推进与验证路径
- 01
阶段 1
突变候选排序与实验验证
设计环节 —— 用深度学习模型对 7 个目标酶做全位点单点饱和突变扫描,输出每个突变体的活性提升概率;还按位点聚合识别出热点残基区域,直接给湿实验一份按优先级排序的候选清单。构建环节 —— 通过同源重组把 AI 预测的高潜力突变体整合到底盘菌染色体上。测试环节 —— 用 HPLC 定量产物生成与底物消耗,并测定胞内与胞外酶活。学习环节 —— 把实测的相对酶活与 AI 给出的概率做真阳性率统计和相关性分析,再回流到模型做增量学习。 - 02
阶段 2
实验回流校正通路瓶颈
项目团队在实验中发现,两个中间产物的积累偏低。据此推测,通路上有两个酶是限速酶。过表达验证用于检验两个限速酶假设,并将结果回流下一轮模型优化。 - 03
阶段 3
模型预测的首次实验验证
酶活性检测结果验证了 AI 预测的突变位点,并显示相关突变体反应活性提升。
项目证据
计算与实验工作记录
团队协作
计算、实验与候选复核记录
队伍影像
