摘要：计算机在酶工程中的应用使得酶的序列空间探索度不断被扩大。随着不同分子力场参数的建立,涌现出诸多以计算分子能量为基础的算法,并被用于酶的催化活性、稳定性、底物特异性等的改造与筛选。伴随计算机硬件的提升与算法的优化,从头设计全新功能的人工酶取得成功并得以发展。近年来,人工智能在蛋白质结构预测上不断获得突破,同时也被应用到酶的设计中。介绍了分子力场基础和酶设计与筛选的算法,重点阐述了从头设计的方法和成功案例,以及机器学习设计酶的流程和最新的研究进展,展望了人工智能在酶工程领域的未来发展,为酶的改造与全新功能的生物催化剂的设计助力。

摘要：功能性菌群构建作为一个新兴的研究方向,随着合成生物学、微生物组学技术的发展,逐渐成为研究热点。本文将从以下4个方面介绍功能性菌群的研究进展。第一,功能性菌群研究的初衷及其相对于单一生物体工程的优势和设计难点;第二,功能性菌群研究中自下而上(bottom-up)和自上而下(top-down)的设计策略;第三,功能性菌群的分析工具,包括“宏组学”和“多组学联用”手段以及相关的数据处理流程和软件。第四,分别从设计策略和分析工具方面出发,总结了功能性菌群构建过程中的主要挑战,并展望了未来以“智能设计”为核心的发展方向:①利用可解释的时空数据模型解析区域范围内功能性菌群的时空变化关系;②结合图神经网络与多模态学习方法建立多组学群落分析流程;③通过强化学习设计功能性菌群内分布式代谢回路。