1. 基因编辑工具和合成生物学催化元件的深度挖掘与设计

聚焦生物制造中两类关键元件——基因编辑工具与生物催化元件的源头创新。我们致力于通过整合微生物多组学数据与蛋白质结构信息，系统挖掘自然界中未被充分利用的新型核酸酶系统与高性能催化酶。在此基础上，开发基于三维结构进化规律与深度学习的人工智能设计方法，实现对基因编辑工具的功能增强、特异性提升，以及对催化元件的活性优化、底物谱拓展乃至全新功能的理性设计。该研究将突破传统依赖经验试错的元件开发模式，形成“数据驱动挖掘、智能指导设计”的新范式，为微生物遗传改造与高效细胞工厂构建提供新一代底层工具与核心催化部件。

2. 基于多模态人工智能模型的元件互作研究与细胞工厂构建

致力于解决生物制造中从元件到系统的集成挑战，重点突破元件功能与细胞底盘适配性的关键瓶颈。通过整合基因组、转录组、代谢组等多模态数据，构建能够模拟微生物生理状态的“虚拟微生物”人工智能模型，系统解析代谢网络中各类元件的协同互作机制与调控规律。该研究将建立从元件功能预测到系统性能优化的全新研发范式，实现高效微生物细胞工厂的理性设计与性能提升。

 代表性论文

1. S. Zhang, et al. Pro-CRISPR PcrIIC1-associated Cas9 system for enhanced bacterial immunity. Nature (2024). (IF = 50.5)

2. Z. Liu#, S. Zhang#, et al. Hydrolytic endonucleolytic ribozyme (HYER) is programmable for sequence-specific DNA cleavage. Science (2024). (IF = 44.7; co-first author)

3. S. Jin#, Z. Zhu#, Y. Li#, S. Zhang#, et al. RNA changes preliminary drive the transformation from transposon to Type V CRISPR system. Cell (2025). (IF = 42.5; co-first author)

4. D. Li#, S. Zhang#, et al. Cas12e homologs evolve variable structural features to facilitate dsDNA cleavage. Nature Communications (2024). (IF = 14.7; co-first author)

5. C. A. Tsuchida#, S. Zhang#, et al. Chimeric CRISPR-CasX enzymes and guide RNAs for improved genome editing activity. Molecular Cell (2022). (IF = 14.5; co-first author)

6. A. Sun#, C. P. Li#, Z. Chen#, S. Zhang#, et al. The compact Casπ (Cas12l) ‘bracelet’ provides a unique structural platform for DNA manipulation. Cell Research (2023). (IF = 28.1; co-first author)

代表性图片

申请专利

1. 刘俊杰；张寿悦；孙奥；林铄；一种用于基因编辑和/或抵抗噬菌体的系统及其应用，2024-03-07，中国，202410263253.1

2. 刘俊杰；刘子贤；张寿悦；陈之航；一种基于 RNA 核酶的 DEAR 核酸操纵系统及其应用， 2024-01-30，PCT，PCT/CN2024/074724

3. 刘俊杰；朱汉舟；张寿悦；刘子贤；李隆骐；陈之航；杨韵；一种工程改造的 DEAR 核酸操纵系统的制备方法，2024-1-30，PCT，PCT/CN2024/074721

4. 刘俊杰；张寿悦；李丹苑；一种小型编辑基因组的 CRISPR/Cas 系统及其专用的 CasX 蛋白, 2022-06-02, 中国, CN114958808A