科學(xué)研究 |
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(xué)學(xué)士學(xué)位,2015年獲得美國賓夕法尼亞州立大學(xué)博士學(xué)位。2015年至2019年在美國麻省理工學(xué)院進(jìn)行博士后研究。2019年加入清華大學(xué)藥學(xué)院,擔(dān)任教研系列副教授。長期致力于交叉還原論和重構(gòu)論研究思路,實(shí)現(xiàn)對生物學(xué)的基礎(chǔ)性理解。早期側(cè)重于運(yùn)用還原論的研究思路,聚焦探索最關(guān)鍵的生命過程:物質(zhì)(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(rèn)知邊界。近年來,更側(cè)重于重構(gòu)論的研究思路,交叉多學(xué)科研究方法和技術(shù)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(guān)系規(guī)律,以及可預(yù)測設(shè)計(jì)原理。


研究方向

目前課題組側(cè)重在優(yōu)良蛋白質(zhì)元件的AI輔助從頭理性設(shè)計(jì)(信息系統(tǒng))、自動(dòng)化平臺(tái)賦能的高通量表征(物理系統(tǒng))、連續(xù)定向進(jìn)化系統(tǒng)輔助的快速精準(zhǔn)優(yōu)化(生物系統(tǒng))等,以及將這些設(shè)計(jì)和改造后的元件有機(jī)耦合基因線路,搭建人工系統(tǒng),有效地應(yīng)用于疾病診斷和治療等領(lǐng)域。相關(guān)研究成果發(fā)表在Science,Nature Methods,Nature Biotechnology,Nature Microbiology,Nature Communications等頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊。通過多學(xué)科深度交叉,解構(gòu)復(fù)雜生物系統(tǒng),突破傳統(tǒng)單學(xué)科研究邊界,致力于建立生物系統(tǒng)預(yù)測性設(shè)計(jì)的理論框架與技術(shù)體系,研究功能元件和細(xì)胞的可預(yù)測設(shè)計(jì)原理,推動(dòng)生物學(xué)從經(jīng)驗(yàn)科學(xué)向理性設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變,為應(yīng)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(xué)貢獻(xiàn)

1、代謝通路:

研究成果解決了困擾藍(lán)細(xì)菌科學(xué)界接近半個(gè)世紀(jì)的有關(guān)三羧酸循環(huán)的難題,徹底改變了科學(xué)界對藍(lán)細(xì)菌中心代謝通路的認(rèn)識(shí)。這個(gè)研究成果已被世界經(jīng)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(yuǎn)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(xué)院院士Bill Rutherford教授稱為改變教科書式的新發(fā)現(xiàn)。

3、調(diào)控網(wǎng)絡(luò):

實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化設(shè)計(jì),編輯細(xì)胞進(jìn)行邏輯運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌、酵母、植物、哺乳動(dòng)物細(xì)胞調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的可預(yù)測設(shè)計(jì)。

4、 序列-功能空間規(guī)律:

針對蛋白質(zhì)序列-功能空間的維度災(zāi)難,提出了“信息熵壓縮-智能重構(gòu)”理論體系,實(shí)現(xiàn)了信息的極致壓縮。


榮譽(yù)和獎(jiǎng)勵(lì)

國家高層次人才計(jì)劃青年項(xiàng)目

生命科學(xué)新力量年度人物

國家優(yōu)秀自費(fèi)留學(xué)生獎(jiǎng)    

賓夕法尼亞州立大學(xué)優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)        
 

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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