《Nature Biotechnology》:Need for a shared language and minimum information standards for bioprocess development

【字体: 时间:2025年11月26日 来源:Nature Biotechnology 41.7

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  为破解实验数据难重用、难互作、难复现“三难”困境,作者提出建立生物工艺开发最小信息标准(MIS)与共享语言框架,实验表明该框架可显著提升数据质量、加速知识转移并降低重复实验成本,对推动疫苗及生物制品快速、绿色制造具有示范意义。

  
“重复危机”在生命科学领域愈演愈烈:Nature调查显示,逾七成研究人员无法复现他人实验,超半数连自己的数据都再现不了。数据的碎片化、描述的随意性,不仅导致资源浪费,更在COVID-19大流行期间拖慢了疫苗与药物的应急研发。面对这一痛点,来自伦敦大学学院(UCL)与牛津大学共建的VaxHub Sustainable网络的Anca Tacu、Ryan Mellor等人,在《Nature Biotechnology》发表通信文章,提出为生物工艺开发建立“最小信息标准”(MIS)与共享语言体系,力图让实验数据可发现、可访问、可互作、可重用(FAIR),从而加速可持续疫苗制造并降低研发成本。
作者指出,生物工艺开发贯穿从细胞株构建到GMP放大生产的全过程,却长期缺乏类似MIAME、MIRIAM、SBML那样的统一报告规范。没有MIS,数据难以检索、难以整合,AI与数字化工具也无的放矢。为此,团队以疫苗工艺为切入口,设计了一套灵活、迭代、社区驱动的数据交换框架,并在VaxHub内部试点。结果显示:①标准化字段迫使实验人员提前考量设计稳健性,数据质量显著提升;②统一语义让跨团队、跨组织技术转移时间缩短30%,重复实验减少;③与现有LIMS、ELN对接后,自动化平台可直接读取参数文件,放大工艺优化周期缩短两周;④高质量小数据集即可训练轻量级语言模型,能耗仅为大型模型的十分之一,却实现同等预测精度。更重要的是,框架兼容开放科学倡议,被纳入WHO《大流行协定》数据共享条款讨论稿,为构建全球大流行 preparedness 中心提供了工具箱。
技术路线方面,作者采用“社区共识—模板迭代—平台验证”三步法:首先召集产业界、监管、出版及资助方举办三轮线上研讨,收集关键字段;随后将草案映射至FAIR原则与SBML格式,开发可扩展的XML模板;最后在VaxHub两家GMP示范工厂进行真实场景测试,对比标准化前后数据重用率、技术转移耗时与资源消耗。
主要结果如下:
共享语言框架的构建——通过德尔菲法凝练出涵盖细胞株、培养基、生物反应器、下游纯化、质量控制五大模块的120项核心描述符,并赋予唯一标识符,实现跨平台机器可读。
数据质量与重用率提升——试点单位在6个月内上传的240组上游灌流数据,经自动校验后完整度由58%提至93%,外部用户检索下载次数增加4倍,显著减少重复实验。
技术转移效率——采用标准化报告模板后,两机构间将实验室规模(2 L)的腺病毒载体工艺放大至50 L,仅需原来一半沟通会议与文件往返,关键性能指标偏差<5%。
可持续收益评估——生命周期评价(LCA)显示,由于减少试错批次,每千升培养可节省能源18%、水耗22%,化学试剂及一次性耗材降低15%,碳排放下降约200 kg CO当量。
监管与出版可行性——与英国MHRA、Nature系列期刊初步对接,框架字段可直接嵌入电子提交文件及补充数据表,无需额外撰写负担。
结论与讨论部分强调,MIS并非“写更多”,而是“写得对”;其核心价值在于用统一语义打通数据孤岛,让AI、自动化与绿色制造真正落地。VaxHub试点证实,该框架可在不增加硬件投资的前提下,显著提升疫苗工艺开发速度与可持续性。作者呼吁全球生物工艺社区、监管机构与出版平台共同推广,以期在下一场公共卫生危机来临前,实现“数据即备、工艺即产”的敏捷响应愿景。
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