随着大数据人工智能的高速发展，人类社会面临巨大数据存储压，由于具有极高的信息携带密度，DNA分子作为“信息材料”成为一种新型存储介质，因其存储密度高，保存时间长，维护成本低，近年来受到极大的关注。DNA存储作为新兴的概念，是由DNA高通量合成与测序技术催生的信息与生物相融合的新领域，通过DNA分子的碱基序列直接编码数字信息，由高通量合成技术合成序列进行信息写入，并利用高通量测序技术实现信息的读取。
联系方式
Contact Information
团队简介
Team Introduction
随着高通量精密科学机械以及分子生物学知识的增长，合成生物成为生物技术与工程技术结合的热门研究领域，通过高度融合电子工程、数学、系统工程等不同学科，近年来不断产生各种全新的，甚至跨越生物领域的新技术、新科技。本课题组以分子生物技术为出发点，旨在开发无细胞复杂生物分子系统，主要研究领域包括无细胞蛋白表达技术、基于体外蛋白表达的蛋白分子人工进化、核酸分子工程、DNA信息存储等。
月启动），作为课题负责人获得军科委创新项目一项（2020年6月启动）。多篇DNA存储相关论文在投，其中一篇已经被Nature子刊Communication Biology接受。
侯庆虎
天津大学应用数学中心教授，国家自然科学基金优秀青年项目获得者。主要研究方向为组合数学及应用，在组合恒等式机器证明方面取得多项重要进展。曾参加金融分析分析、大数据算法及应用、图像拼接、人脸识别等多项应用项目的研究。与社科院合作，利用数学模型进行城市竞争力研究，作为第一副主编发布城市竞争力报告，获“孙冶方”经济科学奖。
本课题组承担国家自然科学基金面上项目、科技部重点研发专项等多项国家级科研项目
无细胞蛋白合成（Cell-Free Protein Synthesis, CFPS）是借助细胞的生物分子机器在是试管中完成蛋白分子的生物合成。与细胞内的生物合成相比，无细胞生物合成是一种相对“开放”的体系，可以通过添加外源活性组分，实现对蛋白合成反应的控制。近几十年来，无细胞蛋白合成系统已经被广泛应用于诸多科学与工程领域，包括蛋白翻译过程的分子机理研究、外源复杂及毒性蛋白的合成、酶活性解析及人工定向进化等。在合成生物学、代谢工程、系统生物学等领域的各种应用研究中，已经成为十分重要的技术平台。
本课题组研究细胞抽出液以及由纯化重组蛋白构成的PURE系统的蛋白人工合成研究，包括高效非天然氨基酸蛋白质合成、基于无细胞快速蛋白表达的生物酶活性人工定向进化等。
随着大数据人工智能的高速发展，人类社会面临巨大数据存储压，由于具有极高的信息携带密度，DNA分子作为“信息材料”成为一种新型存储介质，因其存储密度高，保存时间长，维护成本低，近年来受到极大的关注。DNA存储作为新兴的概念，是由DNA高通量合成与测序技术催生的信息与生物相融合的新领域，通过DNA分子的碱基序列直接编码数字信息，由高通量合成技术合成序列进行信息写入，并利用高通量测序技术实现信息的读取。
本课题组针对信息存储这一完全人工技术应用，对高含量DNA分子文库的生化操控技术进行全面重新设计与构建，实现DNA分子文库的均一稳定信息读取，并且开发低成本、高效DNA分子的信息写入技术，希望推动基于DNA这一生物分子的信息硬件加工技术的发展。
随着人们对于核酸分子相互识别分子机理了解的加深，对于大片段核酸分子复杂结构的计算机辅助设计能力愈发显示出极大的工程潜力。本课题组通过融合先进的核酸分子设计原理进行核酸工程技术的开发，包括Toehold介导的DNA生化反应变成调控机制的人工设计，CRIPSR功能强化等，以生物分子精准检测等实用技术开发为研究目标。
1. Hao, M., Qiao, H., Gao, Y., Wang, Z.,Qiao, X., Chen, X., and Qi, H. (2020) Mixed Culture of Bacterial Cell for LargeScale DNA Storage.
2. Gao, Y., Chen, X., Hao, J., Zhang, C.,Qiao, H., Ke, Y., and Qi, H. (2020) Low-Bias Amplification for Robust DNA DataReadout.
3. Hao, M., Huang, H., Hu, Y., and Qi, H.(2020) Construction of a system for single-stranded DNA isolation, BiotechnolLett.
4. Hao, M., Qiao, J., and Qi, H. (2020)Current and Emerging Methods for the Synthesis of Single-Stranded DNA, Genes(Basel) 11.
5. Hao, M., Wang, Z., Qiao, H., Yin, P.,Qiao, J., and Qi, H. (2020) Dynamic Genome Editing Using In Vivo SynthesizedDonor ssDNA in Escherichia coli, Cells 9.
6. Lv, L., Wu, Y., Zhao, G., and Qi, H.(2019) Improvement in the Orthogonal Protein Degradation in Escherichia coli byTruncated mf-ssrA Tag, Transactions of Tianjin University 25, 357-363.
7. Masubuchi, T., Endo, M., Iizuka, R.,Iguchi, A., Yoon, D. H., Sekiguchi, T., Qi, H., Iinuma, R., Miyazono, Y.,Shoji, S., Funatsu, T., Sugiyama, H., Harada, Y., Ueda, T., and Tadakuma, H.(2018) Construction of integrated gene logic-chip, Nat Nanotechnol 13, 933-940.
8. Qi, H., Li, B. Z., Zhang, W. Q., Liu,D., and Yuan, Y. J. (2015) Modularization of genetic elements promotessynthetic metabolic engineering, Biotechnol Adv 33, 1412-1419.
9.Gao, Y., and Qi, H. (2015) DNA-BasedBulk Hydrogel Materials and Biomedical Application, Journal of Nanotechnologyin Engineering and Medicine 6.
10. Hu, Y., Li, S., Gao, Y., and Qi, H.(2018) Challenges in circulating tumor DNA analysis for cancer diagnosis,Journal of Nanomedicine Research 7, 5.
11.李书亚, 郜艳敏, 胡亚赛,等. 额外的错配碱基提高T4DNA连接酶等位特异性连接[J]. 中国生物化学与分子生物学报, 2018, 034(008):854-860.
12.胡亚赛,郜艳敏,郝敏,齐浩.基于单链DNA开关调控的多功能生物电路（英文）[J].中国生物化学与分子生物学报,2019,35(10):1135-1144.
天津大学研究生院招生办公室
文件上传中...