本實驗室依托天津大學“化學工程與技術”國家重點學科，始建于2007年，是國內最早開展系統生物工程和合成生物學的研究基地。聚焦生物醫藥、能源、生物基化學品合成等國家重大需求，聚焦世界科技前沿，以生物信息分析、合成生物學和生物過程工程為核心，模型模擬與實驗相結合，定位在應用基礎研究。形成了特色鮮明的研究方向：1）生物信息學與合成生物學，2）生物反應與代謝工程，3）生物分離工程，4）工業生物過程的系統分析與優化。是系統生物工程和合成生物學領域世界著名的研究機構之一，同時成為了高級人才培養的重要基地。
本實驗室擁有固定人員45人，高級職稱37人。其中中國科學院院士及第三世界科學院院士1人，長江學者2人，國家杰青4人，國家優青7人，青年長江2人，教育部新（跨）世紀優秀人才14人，青年人才托舉工程2人。固定人員具有化工、化學、生物學、計算機等相關專業的博士學位，其中60%以上人員在海外名校或國內其他985獲得博士學位，形成了一支學緣結構、學科結構和年齡結構合理、科研素質優秀、發展潛力大的科研團隊。40歲以下（含40歲）研究骨干17人，占比38%；高級職稱9人，其中15人次入選國家級人才計劃，11人次承擔973/863/國家重點研發計劃科研任務。
近年來，四個方向均取得具有代表性的理論及關鍵技術成果，主要研究成果處于國際先進，部分達到國際領先水平。其中，酵母長染色體的精準定制合成，成果入選2017年“中國科學十大進展”、“中國高等學校十大科技進展”和“偉大的變革——慶祝改革開放40周年大型展覽”；設計構建出高效微生物電能細胞，產電性能達到了海洋分布式軍事傳感器的用電需求；構建出一批具有自主知識產權的高產菌株，其中20多個產品產量是文獻報道最高水平，具有巨大的經濟和社會效益；開發的蛋白質親和層析技術是抗體生物醫藥產業的核心關鍵技術，上述成果有效破解卡脖子難題。在基因組設計合成、界觀尺度的蛋白分離工程、光電細胞、細胞工廠設計與構建研究中發揮了開拓和牽引作用。
依托本實驗室，獲批教育部合成生物學前沿科學中心，成為首批七個前沿科學中心之一。共同發起“人工合成酵母基因組Sc2.0”國際合作計劃和國際生物鑄造廠聯盟（GBA），制定國際DNA制造和操作的標準和規則；參與編制《國家“十三五”合成生物學規劃》和《國家重點研發計劃合成生物學重點專項實施方案》。
受外交部、科技部委派，參與聯合國《禁止生物武器公約》締約國談判，在美國華盛頓舉辦合成生物學安全性問題“二軌會談”，對國家生物安全起到了科技支撐作用。
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