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張數(shù)一, PhD

張數(shù)一

博士、副教授

張數(shù)一博士2009獲得清華大學學士學位,2015年獲得美國賓夕法尼亞州立大學博士學位。2015年至2019年在美國麻省理工學院進行博士后研究。2019年加入清華大學藥學院,擔任教研系列副教授。長期致力于交叉還原論和重構論研究思路,實現(xiàn)對生物學的基礎性理解。早期側重于運用還原論的研究思路,聚焦探索最關鍵的生命過程:物質(中心代謝)和能量(光合系統(tǒng))的不同存在形式,突破傳統(tǒng)認知邊界。近年來,更側重于重構論的研究思路,交叉多學科研究方法和技術手段,從而突破還原方式的局限,聚焦研究生命系統(tǒng)序列-功能映射關系規(guī)律,以及可預測設計原理。


研究方向

目前課題組側重在優(yōu)良蛋白質元件的AI輔助從頭理性設計(信息系統(tǒng))、自動化平臺賦能的高通量表征(物理系統(tǒng))、連續(xù)定向進化系統(tǒng)輔助的快速精準優(yōu)化(生物系統(tǒng))等,以及將這些設計和改造后的元件有機耦合基因線路,搭建人工系統(tǒng),有效地應用于疾病診斷和治療等領域。相關研究成果發(fā)表在Science,Nature Methods,Nature Biotechnology,Nature Microbiology,Nature Communications等頂級學術期刊。通過多學科深度交叉,解構復雜生物系統(tǒng),突破傳統(tǒng)單學科研究邊界,致力于建立生物系統(tǒng)預測性設計的理論框架與技術體系,研究功能元件和細胞的可預測設計原理,推動生物學從經驗科學向理性設計轉變,為應對人類面臨的健康、環(huán)境等重大挑戰(zhàn)提供創(chuàng)新解決方案。


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科學貢獻

1、代謝通路:

研究成果解決了困擾藍細菌科學界接近半個世紀的有關三羧酸循環(huán)的難題,徹底改變了科學界對藍細菌中心代謝通路的認識。這個研究成果已被世界經典教科書《Brock Biology of Microorganisms》第14版第3章作為封面收錄。

2、能量攝取:

與合作者共同發(fā)現(xiàn)了能利用遠紅光的光合系統(tǒng),拓展了光合作用的潛能,被英國皇家科學院院士Bill Rutherford教授稱為改變教科書式的新發(fā)現(xiàn)。

3、調控網絡:

實現(xiàn)了復雜調控網絡的自動化設計,編輯細胞進行邏輯運算,實現(xiàn)了細菌、酵母、植物、哺乳動物細胞調控網絡的可預測設計。

4、 序列-功能空間規(guī)律:

針對蛋白質序列-功能空間的維度災難,提出了“信息熵壓縮-智能重構”理論體系,實現(xiàn)了信息的極致壓縮。


榮譽和獎勵

國家高層次人才計劃青年項目

生命科學新力量年度人物

國家優(yōu)秀自費留學生獎    

賓夕法尼亞州立大學優(yōu)秀博士論文獎        
 

代表性論文

1. Ziyuan Ma#, Wenjie Li#, Yunhao Shen#, Yunxin Xu#, Gengjiang Liu, Jiamin Chang, Zeju Li, Hong Qin, Boxue Tian, Haipeng Gong, DR. Liu, BW. Thuronyi, CA. Voigt, and Shuyi Zhang*. (2025) EvoAI enables extreme compression and reconstruction of the protein sequence space. Nature Methods, 22,102–112, DOI: 10.1038/s41592-024-02504-2

2. Ci Kong, Yin Yang, Tiancong Qi, and Shuyi Zhang*. (2025) Predictive genetic circuit design for phenotype reprogramming in plants. Nature Communications, 16:715(2025), DOI: 10.1038/s41467-025-56042-2

3. Yichi Zhang and Shuyi Zhang*. (2024) CRISPR perfect adaptation for robust control of cellular immune and apoptotic responses. Nucleic Acids Research, 2024, 52, 10005–10016, DOI: 10.1093/nar/gkae665

4. Shuyi Zhang and Christopher A. Voigt. (2018) Engineered dCas9 with reduced toxicity in bacteria: implications for genetic circuit design. Nucleic Acids Research, gky884, DOI: 10.1093/nar/gky884

5. Shuyi Zhang and Donald A. Bryant. (2015) Biochemical validation of the the glyoxylate cycle in the cyanobacterium Chlorogloeopsis fritschii PCC 9212, Journal of Biological Chemistry 290 (22), 14019-14030, DOI: 10.1074/jbc.M115.648170

6. Fei Gan, Shuyi Zhang, Nathan C. Rockwell, Shelley S. Martin, Clark J. Lagarias and Donald A. Bryant. (2014) Extensive remodeling of a cyanobacterial photosynthetic apparatus in Far-Red light. Science, 345, 1312-1317, DOI: 10.1126/science.1256963

7. Shuyi Zhang and Donald A. Bryant. (2011). The tricarboxylic acid cycle in cyanobacteria. Science, 334, 1551-1553, DOI: 10.1126/science.1210858

- This work was featured as cover story in Chapter 3 of the classic microbiology textbook Brock Biology of Microorganisms (14th Edition)

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