王宝俊

发布者：王杨发布时间：2021-09-03浏览次数：2760


  王宝俊 科创攻坚人才

        博士，求是特聘教授

        职务：合成生物学研究所所长; 生物与分子智造研究院副院长

        研究方向：合成生物学

              基因元器件与线路设计

              生物传感与生物制造

              生物计算与智能诊疗

        邮箱: baojunwang@zju.edu.cn      电话：0571-82993302

        地址：杭州市萧山区建设三路733号浙江大学杭州国际科创中心   

个人简介： 

  王宝俊，浙江大学化学工程与生物工程学院求是特聘教授、博士生导师，现任浙江大学杭州国际科创中心生物与分子智造研究院副院长、合成生物学研究所所长。2005获浙江大学生物医学工程学士学位，2011年获英国帝国理工学院生物工程博士学位。2013年加入英国爱丁堡大学任合成生物学助理教授，2019年晋升终身教授，2022年1月加入浙江大学化学工程与生物工程学院生物工程研究所任求是特聘教授。长期从事合成生物学使能技术开发、基因线路工程化设计及在生物传感、生物制造等领域的创新应用方向的科研和教学工作。近三年以通讯作者发表重要学术论文20余篇（包括Nature Chem Biol, Nature Commun等6篇Nature子刊论文），主持英国研究创新委员会、比尔盖茨基金会、英国国防部和美国海军研究全球计划署等二十余项研究基金（总额约6000万人民币)，在研项目合作企业包括微软、华为等国际知名技术公司。曾获得的重要奖项有：2015年盖茨基金会全球大挑战探索基金奖；2016年英国生物技术与科学基金会新研究员奖、维康基金会科学种子基金奖；2019年英国自然科学基金会杰出青年科学基金奖(全英仅41人)；2020年入选英国皇家化学学会会士(FRSC)。

主要研究兴趣：

  • 合成生物学使能技术与工具开发（内含肽、CRISPR基因编辑与调控等）

  • 基因元器件的挖掘、改造、标准化及正交化设计

  • 基因线路设计（包括工程化、规模化、生物自动化设计等）

  • 生物传感（面向环境、健康需求）与智能生物诊疗

  • 生物计算与生物制造（基于人工细胞或无细胞表达系统等）

荣誉及奖励：

  • 2020年 英国皇家化学学会会士(FRSC)

  • 2019年 英国自然科学基金会杰出青年科学基金奖(全英仅41人)

  • 2019年 浙江省海外高层次人才引进“海鸥计划”

  • 2016年 英国生物技术与科学基金会新研究员奖

  • 2016年 英国维康基金会科学种子基金奖

  • 2015年 比尔盖茨基金会全球大挑战探索基金奖

  • 2013年 爱丁堡大学校长特聘合成生物学研究员奖

  • 2007年 中英优秀青年学者

学术兼职：

  • PLOS Biology 学术编辑 (Academic Editor)；

  • 50余次受邀在领域知名国际学术议会和研究机构作学术研究报告，6次受邀担任国际重要学术会议分会场主席；

  • Science, Nature Biotech, Nature Chem Biol, Nature Comm, Nature Biomed Eng, Nature Nanotech, Nature Cell Biol, PNAS, Nucl Acids Res等合成生物学与生物工程权威期刊审稿专家；

  • 英国自然科学基金会(BBSRC、EPSRC、MRC)，Leverhulme Trust，欧盟人类前沿科学计划(HFSP)，加拿大、美国NSF等知名国家和慈善机构科学基金会的评审及会评专家

研究成果介绍：

王宝俊教授团队近年来在合成生物学领域的主要创新性学术成果总结如下：

（1）基因线路的工程化创新设计方法：首次设计出了模块化且正交化的基因逻辑门控线路、模块化且放大倍数连续可调的转录信号放大线路，建立了基于核酸海绵的新型基因线路全面优化设计方法，实现了基因线路在生物传感的创新应用。并据此开展了与微软、华为公司的技术创新转化合作。

目前，绝大部分设计的基因线路是由少数基因元器件组成的小规模、功能简单的合成生物系统，模块性和正交性低，且往往基于试错法反复尝试后建造的，耗时长、成本高。因此，我们首先提出基因线路实现规模化设计需遵循模块性（器件输入输出信号模块之间可随意替换和组装）和正交性（包括线路组成元器件间和与细胞底盘部件间相互作用的正交性）的工程化设计原则，且需在标准化工作环境下充分测试基因线路各组成部件特性，以提高生物系统合成组装的功能可预测性。  

王宝俊教授团队利用铜绿假单胞菌中的异源σ54依赖型转录因子和相关基因调控元件在大肠杆菌中首次设计出了模块化且正交化的逻辑与门和与非门控线路（Nature Commun 2011 doi; ACS Synth Biol 2018 doi），和首次模块化且放大倍数连续可调的转录信号放大线路（Nucl Acids Res 2014 doi）。通过级联多层正交模块化的转录信号放大线路，设计出了领域目前最敏感的基于大肠杆菌的砷和汞等重金属污染细胞传感器及创新的可视化输出模块(Nature Chem Biol 2019 doi; Nucl Acids Res 2015 doi) 及对应的无细胞表达生物传感器（Anal Chem 2019 doi）。通过偶联多细胞群体通讯，设计出了多输入逻辑门线路控制的高特异性环境监测细胞传感器(Biosens & Bioelectron 2013 doi; Chem Commun 2014 doi 封面论文)。开发了可全面优化合成基因线路设计的核酸海绵多功能基因调控工具，首次展示其能降低因异质蛋白过量表达造成的细胞负荷(Nature Commun 2020,11:5961 doi）。

（2）率先开发新型“类真核”原核细菌CRISPRa基因激活工具，建立基于此技术的多基因代谢通路表达谱的高效筛选平台 

CRISPR介导的基因激活调控（CRISPRa, CRISPR activation）是一类具有巨大应用潜力的基因调控技术，其独特的可编程性和可扩展性能大幅提高基因激活调控元件的通用性和标准化程度，一直是合成生物学领域备受瞩目的研究对象。尽管CRISPRa在真核细胞中已相当成熟，在原核细胞中，少数搭建的CRISPRa依然受限制于原核基因激活机制的自身特点。如CRISPR激活复合体的靶点范围狭窄，不支持单启动子的多靶点激活；激活输出倍数低，不支持多通道激活和级联调控。

王宝俊教授团队设计出了一种新型“类真核式”CRISPR基因激活调控系统(Nature Commun 2019, 10:3693 doi)。该系统巧妙利用了细菌σ54因子独特的转录起始“闭锁”机制，将原核细胞CRISPRa的激活输出倍数提高了一个数量级以上，并首次实现了细菌中CRISPR激活的多通道和级联调控。并创造性地提出了一种多基因代谢通路表达谱的筛选平台，首次提出并实现了“可重复使用”多基因表达谱投影文库的概念。不同的多基因表达线路，只需按照标准化的设计原则进行设计，只需构建一个单一质粒，可望极大降低细菌多基因表达通路的优化成本，具有广阔的应用前景。相关技术已申请国际专利（PCT/GB2020/052031）。

（3）开发了领域迄今规模最大的标准化正交断裂蛋白内含肽文库和新型分裂蛋白设计定向进化方法，解决了大分子高重复结构蛋白的体外精确无缝组装难题 

王宝俊教授团队首次建立了一个基于断裂红色荧光蛋白的细胞内、外通用的高通量内含肽(intein)筛选及活性断裂位点测试平台，筛选出15对高度正交的断裂内含肽(split intein)元件，构建出迄今为止最大规模的正交断裂内含肽元件库(Nature Commun 2020,11:1529 doi)。利用这一内含肽文库，实现了大分子高重复结构蛋白的体外精确无缝组装，解决了大分子高重复结构蛋白长期以来难以在异源表达系统中合成的基因工程难题。此外，率先将内含肽与转座子工具结合开发了一种新型分裂蛋白设计定向进化方法IBM (intein-assisted bisection mapping，Nature Commun 2021, doi），从而能简便地扫描和筛选合适的蛋白质分裂功能位点；并据此设计出了多种蛋白表达逻辑控制器件和显著降低蛋白本底表达水平的调控工具。这一新成果为包括合成生物学的基因工程、蛋白质工程学提供了在蛋白质水平上进行生物分子组装、编辑和调控的强力工具，有望在工业、医疗领域展现出广阔应用前景。


代表论文：

  • Liu Y, Pinto F, Wan X, Peng S, Li M, Z Yang, J Cooper, Xie Z, French C, Wang B, “Reprogrammed tracrRNAs enable repurposing of RNAs as crRNAs and sequence-specific RNA biosensors”, Nature Communications, 2022, in press. 

  • Ho T, Shao Y, Lu Z, Savilahti H, Menolascina F, Wang L, Dalchau N and Wang B, “A systematic approach to inserting split inteins for Boolean logic gate engineering and basal activity reduction”, Nature Communications, 2021, 12, 2200  doi  pdf  (Reported by  PhysOrg, Edinburgh BioSciences News, UoE SynthSys News and BioArt among others)

  • Wang B, Kitney R, Joly N and Buck M, “Engineering modular and orthogonal genetic logic gates for robust digital-like synthetic biology”, Nature Communications, 2011, 2:508  doi  pdf  (Reported by Financial Times, EPSRC, European Commission, Electronics Weekly, Science Daily, UK Synthetic Biology Roadmap and Imperial College News among others) 

  • Wang B, Barahona M and Buck M, “Engineering modular and tunable genetic amplifiers for scaling transcriptional signals in cascaded gene networks”, Nucleic Acids Research, 2014, 42(14): 9484-9492  doi  pdf  (Featured in Imperial College Science News)

  • Wang B, Barahona M and Buck M, “Amplification of small molecule-inducible gene expression via tuning of intracellular receptor densities”, Nucleic Acids Research, 2015, 43(3): 1955-1964  doi  pdf

  • Wang B, Barahona M and Buck M, “A modular cell-based biosensor using engineered genetic logic circuits to detect and integrate multiple environmental signals”, Biosensors and Bioelectronics, 2013, 40(1): 368-376  doi  pdf