合成生物學(xué)構(gòu)建微生物工程菌研究進(jìn)展

高 欣，柳羽哲，江澤沅，曾 琦，劉詩(shī)夢(mèng)，劉曉婷，閔偉紅

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，小麥和玉米深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130118）

微生物發(fā)酵是重要的工業(yè)生產(chǎn)手段之一。相比于一般的化學(xué)合成和植物提取，微生物發(fā)酵條件溫和，能利用易獲取的廉價(jià)底物快速繁殖，具有產(chǎn)量高、易轉(zhuǎn)化、周期短、易于提取純化等優(yōu)點(diǎn)。隨著醫(yī)藥和食品領(lǐng)域發(fā)展，微生物發(fā)酵產(chǎn)品需求多元化，天然菌株中缺乏所需產(chǎn)物的代謝途徑，或其代謝途徑調(diào)控復(fù)雜，所需產(chǎn)物難以實(shí)現(xiàn)過量積累。拓寬微生物生產(chǎn)領(lǐng)域和提升微生物生產(chǎn)效率，是加快微生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)化的有效手段，已有大量研究人員致力于發(fā)酵優(yōu)化和菌種改造。工業(yè)微生物發(fā)酵的人工代謝調(diào)控方法主要分兩類：一類是基因修飾，如密碼子優(yōu)化、過量表達(dá)、競(jìng)爭(zhēng)途徑敲除等；另一類是發(fā)酵條件控制，如溫度、pH值、供氧量、培養(yǎng)基碳氮比、前體物質(zhì)添加等。這些技術(shù)手段相對(duì)成熟，主要作用位點(diǎn)針對(duì)性較強(qiáng)，但目前仍存在一定的局限性。傳統(tǒng)改造多屬于靜態(tài)調(diào)控，相比于以動(dòng)態(tài)調(diào)控為核心的合成生物學(xué)改造手段，傳統(tǒng)改造方法不能在菌體所處環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，動(dòng)態(tài)地對(duì)代謝流進(jìn)行調(diào)控，容易導(dǎo)致菌體自身代謝失衡，氧化還原平衡被破壞，進(jìn)一步可能引起菌體的裂解死亡，因此亟需一種基于不同需要進(jìn)行構(gòu)建工程菌的思路。

合成生物學(xué)作為生物學(xué)和工程學(xué)的一個(gè)跨學(xué)科分支，對(duì)生物過程進(jìn)行工程化。構(gòu)建非天然存在的人工生物系統(tǒng)，同時(shí)重新整合天然存在的生物系統(tǒng)是合成生物學(xué)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。合成生物學(xué)使用的最基礎(chǔ)工具為標(biāo)準(zhǔn)化生物元件，生物元件通過逐級(jí)組裝形成生物線路、生物網(wǎng)絡(luò)和生物系統(tǒng)，通過對(duì)各元件的設(shè)計(jì)和組合，構(gòu)建出具有特殊功能的人工系統(tǒng)。2000年，第一個(gè)利用遺傳撥動(dòng)開關(guān)構(gòu)建的合成雙穩(wěn)態(tài)基因調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)被建立，它由任意兩個(gè)相互抑制的啟動(dòng)子組成，利用瞬態(tài)化學(xué)或熱感應(yīng)在穩(wěn)態(tài)之間翻轉(zhuǎn)，顯示出接近理想的開關(guān)閾值，對(duì)生物技術(shù)和生物計(jì)算具有重要的意義?；诖嗽O(shè)計(jì)出的人工基因調(diào)控模塊構(gòu)成菌體代謝活動(dòng)的系統(tǒng)，能夠更合理地設(shè)計(jì)微生物體內(nèi)代謝網(wǎng)絡(luò)，有效解決菌體代謝失衡問題。微生物作為合成生物學(xué)研究的重要載體，合成生物學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)使工程菌種研究獲得了全新的機(jī)遇，合成生物技術(shù)的發(fā)展更是極大地提升了被構(gòu)建工程菌的生產(chǎn)能力。在合成生物學(xué)研究中，微生物通常被設(shè)計(jì)并改造成細(xì)胞工廠，應(yīng)用于不同產(chǎn)品的生產(chǎn)。本文概述合成生物學(xué)技術(shù)，綜述借助編輯工具和生物元件進(jìn)行代謝通路的移植或動(dòng)態(tài)調(diào)控構(gòu)建工程菌，并介紹利用所構(gòu)建工程菌在生產(chǎn)氨基酸、有機(jī)酸、芳香族化合物、糖類中的應(yīng)用。

1 合成生物學(xué)技術(shù)方法

1.1 基因編輯工具

規(guī)律間隔成簇短回文重復(fù)序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）/CRISPR關(guān)聯(lián)蛋白（CRISPR-associated proteins，Cas）系統(tǒng)是新涌現(xiàn)的基因編輯工具，能夠完成RNA導(dǎo)向的DNA識(shí)別及編輯。該工具的開發(fā)為構(gòu)建更高效的基因定點(diǎn)修飾技術(shù)提供了全新的平臺(tái)。2013年，Le Cong等報(bào)道了CRISPR/Cas系統(tǒng)能同時(shí)編輯哺乳動(dòng)物基因組中的多個(gè)位點(diǎn)，作為一種RNA引導(dǎo)的內(nèi)切核酸酶系統(tǒng)，它可以直接通過核苷酸堿基配對(duì)靶向DNA位點(diǎn)。與傳統(tǒng)基因編輯工具相比較，CRISPR系統(tǒng)作為一種新型編輯工具，具有省時(shí)、易構(gòu)建、精度高等特點(diǎn)，以CRISPR系統(tǒng)為代表的新型基因編輯技術(shù)飛速發(fā)展，在諸多生物學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，成為近年基因組編輯的熱門工具，當(dāng)前已被廣泛應(yīng)用于基因敲除、基因沉默和基因激活等方面，極大擴(kuò)展了基因編輯技術(shù)的應(yīng)用范圍，如圖1所示。

圖1 CRISPR/Cas系統(tǒng)作用機(jī)制[3]Fig. 1 Mechanism of action of CRISPR/Cas system[3]

CRISPR/Cas系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于多物種基因編輯的同時(shí)，Cas9蛋白對(duì)常用模式菌——谷氨酸棒桿菌的毒性問題也隨之被發(fā)現(xiàn)，這一困擾阻礙了微生物改造研究進(jìn)程。2015年，Bernd等報(bào)道了一種具有不同于Cas9特征的更簡(jiǎn)單的Cpf1蛋白。Cpf1是一種缺乏反式激活CRISPR RNA（trans-activating CRISPR RNA，tracrRNA）的單一RNA引導(dǎo)的內(nèi)切酶，通過DNA雙鏈交錯(cuò)斷裂來裂解DNA，抗干擾能力增強(qiáng)。與Cas9蛋白相比，Cpf1蛋白對(duì)基因組編輯活性較高，脫靶效應(yīng)更低，應(yīng)用范圍更廣，并解決了部分菌種中Cas9不適用問題。自被發(fā)現(xiàn)以來，CRISPR-Cpf1已被廣泛應(yīng)用于微生物研究。Krumbach等用CRISPR/Cpf1系統(tǒng)在機(jī)械敏感通道的關(guān)鍵位置進(jìn)行密碼子飽和誘變，篩選到可外排-谷氨酸的谷氨酸棒桿菌突變體。Ding Dan等同時(shí)表達(dá)來自Cas9和Cpf1內(nèi)含子的多個(gè)gRNA和crRNA，與常規(guī)Cpf1載體相比，這種雜合基因在同時(shí)靶向多個(gè)位點(diǎn)時(shí)具有更高的效率和穩(wěn)定性。Ferenczi等將CRISPR/Cpf1核糖核蛋白與單鏈DNA修復(fù)模板一步共遞送，在靶向核基因編輯效率低下的萊茵衣藻中實(shí)現(xiàn)高效、精確的靶向DNA替換。上述研究證明了CRISPR/Cpf1系統(tǒng)在內(nèi)源基因座的序列特異性突變和表位標(biāo)記的無轉(zhuǎn)基因和無選擇標(biāo)記中的用途。

1.2 基因組合成方法

隨著近10 年合成生物學(xué)飛速發(fā)展，越來越多的科研團(tuán)隊(duì)都致力于用合成DNA來構(gòu)建復(fù)雜的基因系統(tǒng)。細(xì)胞自身基因組的人工改造自然而然地進(jìn)入了人們視野。2008年，Venter研究所用化學(xué)合成的DNA構(gòu)建出580 000 bp支原體基因組的完整副本；2016年，該研究所重新設(shè)計(jì)了之前合成的支原體基因組，刪除部分被認(rèn)定為生長(zhǎng)非必需的基因和DNA，被刪除部分約占全基因組的一半。這項(xiàng)工作未對(duì)基因進(jìn)行任何編碼，保留的基因組部分與自然序列相同，但它是目前人為改造最多的基因組，它的基因內(nèi)容和布局與天然基因組相比有很大差異。

作為基因組合成領(lǐng)域的里程碑，人工合成酵母基因組計(jì)劃旨在保證人工合成的酵母具有與野生型酵母相似活性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)人工合成釀酒酵母的全基因組構(gòu)建，并且達(dá)到酵母基因組的完全人工編寫，構(gòu)建全設(shè)計(jì)型、全合成型的釀酒酵母基因組。人工合成酵母基因組計(jì)劃已有大量研究者參與探索，Shen Yue等通過loxP介導(dǎo)進(jìn)行合成染色體的重排和修飾，將基因組半合成酵母中與生長(zhǎng)缺陷有關(guān)基因序列用野生型酵母序列替代，獲得與天然菌株生物過程高度一致的新型酵母菌株。同時(shí)Shao Yangyang等在釀酒酵母基因組結(jié)構(gòu)的融合重建上取得突破，通過連續(xù)的端對(duì)端染色體融合和著絲粒缺失，從含有16 條線性染色體的釀酒酵母單倍體細(xì)胞中獲得了一種功能性單染色體酵母，這項(xiàng)研究證實(shí)了從染色體結(jié)構(gòu)和功能方面探索真核生物進(jìn)化的可能。賈斌設(shè)計(jì)的“與門”開關(guān)實(shí)現(xiàn)了合成型釀酒酵母基因組重排的精確調(diào)控。通過合成型基因組重排獲得多種表型，提高了酵母中類胡蘿卜素產(chǎn)量，成功發(fā)掘驗(yàn)證了相關(guān)的功能基因。

2 合成生物學(xué)設(shè)計(jì)理論

2.1 生物元件設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)調(diào)控

2.1.1 基礎(chǔ)元件設(shè)計(jì)

生物元件是生命體內(nèi)具有最基礎(chǔ)生物功能的基本結(jié)構(gòu)單元，例如調(diào)控基因表達(dá)的調(diào)控元件，包括啟動(dòng)子、終止子、核糖體結(jié)合位點(diǎn)（ribosomebinding site，RBS）以及特定功能的結(jié)構(gòu)元件（如天然產(chǎn)物合成途徑中酶基因）。近年來隨著對(duì)啟動(dòng)子序列核心元件和上游激活序列認(rèn)識(shí)的不斷提高，人工雜合啟動(dòng)子的開發(fā)和應(yīng)用正在迅速發(fā)展。將來有望獲得序列更短、性能更強(qiáng)的啟動(dòng)子，從而有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)模式菌中所引入的復(fù)雜通路進(jìn)行更有效的調(diào)控。通過構(gòu)建文庫(kù)的方法來設(shè)計(jì)啟動(dòng)子或RBS等調(diào)控元件非常有效，但文庫(kù)構(gòu)建與元件篩選效率較低，不適用于需要大量調(diào)控元件的人工生物系統(tǒng)構(gòu)建，此外許多元件無法快速進(jìn)行文庫(kù)篩選。因此建立一套完整的啟動(dòng)子的強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型至關(guān)重要。Salis等通過將描述翻譯起始的生物物理模型與最優(yōu)化算法相結(jié)合，提出了一套熱力學(xué)預(yù)測(cè)模型用于RBS設(shè)計(jì)。該模型通過預(yù)測(cè)RBS與核糖體結(jié)合的強(qiáng)度，可對(duì)蛋白翻譯的起始速率及蛋白表達(dá)水平進(jìn)行定量調(diào)控。Shi Feng等通過優(yōu)化RBS序列與啟動(dòng)子間隔，提高蘇云金芽孢桿菌來源的異亮氨酸雙加氧酶表達(dá)。由于已有模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度偏低，現(xiàn)有的在啟動(dòng)子或RBS強(qiáng)度預(yù)測(cè)水平不足以支持基于強(qiáng)度預(yù)測(cè)的理性設(shè)計(jì)，難以從真正意義上實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)子或RBS序列設(shè)計(jì)，而且缺乏通用性。借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立效果和普適性更好的預(yù)測(cè)模型和方法是可進(jìn)一步挖掘的方向，所建立的模型和方法還可用于指導(dǎo)合成生物學(xué)精細(xì)調(diào)控元件的理性設(shè)計(jì)。不同來源不同功能的生物元件，可以通過復(fù)雜設(shè)計(jì)與其他元件或模塊進(jìn)行組裝，形成更大規(guī)模的具有特定生物學(xué)功能的生物回路、裝置和系統(tǒng)。因此，生物元件的搜尋與標(biāo)準(zhǔn)化是設(shè)計(jì)與組裝更復(fù)雜的功能模塊和生命系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2.1.2 傳感器與開關(guān)設(shè)計(jì)

借助生物傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，可以取代常規(guī)基因敲除，從而解決因基因敲除導(dǎo)致的菌體生長(zhǎng)不良影響產(chǎn)量這一問題。目前生物傳感器主要包括熒光共振能量轉(zhuǎn)移傳感器、核糖開關(guān)傳感器和轉(zhuǎn)錄因子傳感器。

熒光共振能量轉(zhuǎn)移傳感器由于操作簡(jiǎn)單、敏感性高、反應(yīng)速度快的特點(diǎn)常用于食品安全檢測(cè)領(lǐng)域，例如對(duì)赭曲霉毒素A的檢測(cè)。核糖開關(guān)對(duì)配體的響應(yīng)更為快速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于改造，更適用于基因表達(dá)的動(dòng)態(tài)調(diào)控。王興設(shè)計(jì)了對(duì)異丙基硫代半乳糖苷濃度具有高靈敏度的傳感體系，包括產(chǎn)生信號(hào)分子LuxI蛋白表達(dá)元件和能接受信號(hào)分子的刺激產(chǎn)生綠色熒光蛋白的感應(yīng)元件。轉(zhuǎn)錄因子傳感器借助轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別和結(jié)合基因啟動(dòng)子區(qū)的元件來控制下游基因表達(dá)，其調(diào)控基因表達(dá)的特性適用于建立細(xì)胞工廠，例如篩選高活性酶及高產(chǎn)菌、動(dòng)態(tài)調(diào)控蛋白表達(dá)。如Uchiyama等開發(fā)了一種基于報(bào)告基因分析的酶篩選方法，在大腸桿菌中利用轉(zhuǎn)錄因子Ben R控制綠色熒光蛋白基因表達(dá)，對(duì)酰胺酶活力進(jìn)行篩選。Rogers等設(shè)計(jì)出一種小分子響應(yīng)性轉(zhuǎn)錄因子Acu R的遺傳編碼生物傳感器，根據(jù)熒光強(qiáng)度與靶代謝產(chǎn)物的細(xì)胞內(nèi)濃度成比的原理，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)菌體內(nèi)3-羥基丙酸濃度的改變。Kortmann等利用賴氨酸生物傳感器對(duì)熒光激活細(xì)胞進(jìn)行分選，獲得了有利于-賴氨酸產(chǎn)量提升的丙酮酸羧化酶突變體。

生物開關(guān)作為基因表達(dá)動(dòng)態(tài)調(diào)控的重要組成部分，通過感應(yīng)某一條件的改變，控制基因表達(dá)“開啟”或“關(guān)閉”，在代謝工程中常與傳感器聯(lián)動(dòng)工作來完成調(diào)控。Binder等使用基于表達(dá)模塊的光響應(yīng)控制元件，使用光控開關(guān)來改善谷氨酸棒狀桿菌中生長(zhǎng)抑制型倍半萜生產(chǎn)。Cheng Lin等將溫控開關(guān)用于-酮丁酸生產(chǎn)，通過溫度升高誘導(dǎo)蘇氨酸脫氨酶過量表達(dá)，獲得-酮丁酸高產(chǎn)菌株。Zhou Libang等在產(chǎn)賴氨酸的谷氨酸棒桿菌LP917菌株中，使用大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的核糖開關(guān)來控制基因和三羧酸循環(huán)活性，提高了進(jìn)入賴氨酸合成途徑的代謝通量。修宇以重要中間產(chǎn)物柚皮素為核糖開關(guān)的小分子配體，利用能與柚皮素特異識(shí)別的適體庫(kù)，以雙選擇標(biāo)記基因作為報(bào)告基因，在生物體內(nèi)通過兩條不同柚皮素濃度的篩選路徑，富集獲得具有不同最適檢測(cè)適應(yīng)范圍的核糖開關(guān)庫(kù)。由于核酸適配體對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物缺乏響應(yīng)，基于核糖開關(guān)的代謝物傳感器在代謝工程中的應(yīng)用仍然有限。近年來出現(xiàn)了一些有助于設(shè)計(jì)核糖開關(guān)的工具，或許可以促進(jìn)核糖開關(guān)在微生物工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。

2.2 蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)

根據(jù)目前的認(rèn)知水平，功能生物元件的完全從頭設(shè)計(jì)有是一項(xiàng)艱難的挑戰(zhàn)，特別是在氨基酸序列與高級(jí)結(jié)構(gòu)確定方面。許多蛋白質(zhì)元件缺少高通量模型，無法快速進(jìn)行文庫(kù)篩選獲得具有預(yù)期功能的突變體。因此根據(jù)掌握的元件序列與功能之間存在的特殊關(guān)系建立計(jì)算機(jī)模型，對(duì)元件的關(guān)鍵位點(diǎn)進(jìn)行改造，理性設(shè)計(jì)具有預(yù)期功能和控制特性的元件是元件設(shè)計(jì)的重要方向。在蛋白質(zhì)元件設(shè)計(jì)上，可以基于已知元件結(jié)構(gòu)和功能間的關(guān)系，替換編碼生物元件的DNA序列，或引入編碼非天然氨基酸序列，獲得轉(zhuǎn)化的蛋白質(zhì)元件；其次可以根據(jù)大規(guī)模定向進(jìn)化篩選，將隨機(jī)變異導(dǎo)入編碼生物元件DNA中，用合適的篩選方法進(jìn)行大規(guī)模篩選，得到期望的蛋白質(zhì)生物元件；還可以利用計(jì)算模擬，定向設(shè)計(jì)與合成蛋白質(zhì)中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用從頭設(shè)計(jì)合成出具有特殊結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。

在蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)上，蛋白質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)依賴設(shè)計(jì)，但合成的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特征常常與預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)不盡一致，因此迫切需要有效預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)折疊模式的方法。給定可以準(zhǔn)確計(jì)算某種蛋白質(zhì)構(gòu)象能量的生物物理方法，同時(shí)基于快速抽樣搜索的算法，就可以快速尋找新型蛋白。Kevin等基于X射線衍射，設(shè)計(jì)了兩個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)低聚物，形成的雙組分籠具有四面體對(duì)稱性。兩種蛋白均具有較高的可溶性。此外還使用了一個(gè)有利于氫鍵網(wǎng)絡(luò)的形成計(jì)算協(xié)議，而不是完全的疏水相互作用，以穩(wěn)定設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)界面。Huang等從頭設(shè)計(jì)了四重對(duì)稱、耐熱的丙糖磷酸異構(gòu)酶（triosephosphate isomerase，TIM）桶狀蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)的X射線晶體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)的TIM木桶模型幾乎相同。設(shè)計(jì)序列與其他天然存在的TIM桶狀蛋白超家族相距甚遠(yuǎn)，這為定制酶提供了可能。Doyle等報(bào)道了用于從頭設(shè)計(jì)串聯(lián)重復(fù)蛋白結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法的開發(fā)和驗(yàn)證，應(yīng)用這些方法設(shè)計(jì)了一系列閉合的類螺旋體重復(fù)結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證了在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中尚未出現(xiàn)的左手螺旋結(jié)構(gòu)的-類蛋白重復(fù)序列。Justin等借助人工設(shè)計(jì)的能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料和化學(xué)物質(zhì)的酶Formolase，在細(xì)菌體內(nèi)構(gòu)建一種全新的代謝通路，說明現(xiàn)代蛋白質(zhì)工程和設(shè)計(jì)工具能夠促進(jìn)構(gòu)建全新的生物合成途徑。這些人造蛋白結(jié)構(gòu)可能會(huì)在生物納米技術(shù)中得到應(yīng)用，并且為蛋白質(zhì)制劑、新型功能酶的合成等方面的研究作出了貢獻(xiàn)，具有很大的應(yīng)用潛力。

2.3 合成線路與合成網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

基于合成生物元件，對(duì)多個(gè)元件進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，組成了具有處理信息能力和干預(yù)生命體功能的合成基因線路。合成基因線路設(shè)計(jì)首先需要構(gòu)建基礎(chǔ)功能元件，如撥動(dòng)開關(guān)、感應(yīng)器等，然后進(jìn)行元件組裝，構(gòu)建復(fù)雜的功能線路。基因線路的人工合成有助于對(duì)菌體自身基因組的刪減，基因組簡(jiǎn)化能提升人們對(duì)基因組功能的認(rèn)知，創(chuàng)造精簡(jiǎn)高效的工程菌，如刪除菌體代謝調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)部分、穩(wěn)定插入的外源基因、優(yōu)化菌體代謝途徑以及加強(qiáng)菌體對(duì)物質(zhì)和能量的利用。近年來，合成基因線路的設(shè)計(jì)取得一些進(jìn)展，科學(xué)家們構(gòu)建出了基因傳感器和具有所需強(qiáng)度的調(diào)控元件、基因表達(dá)動(dòng)態(tài)控制器和生物觸發(fā)器等一批功能組件。基于當(dāng)前的研究，在單個(gè)細(xì)胞內(nèi)構(gòu)建的合成基因線路，難以攜帶大量的人為附加元件?；虮磉_(dá)的競(jìng)爭(zhēng)和噪聲限制了基因線路規(guī)?；?，而降低噪聲通常需要增加基因表達(dá)強(qiáng)度，使得細(xì)胞內(nèi)有限的資源和能量分配緊張。如果減少元件數(shù)和表達(dá)量來降低其資源占用量，會(huì)增加基因線路表達(dá)的不確定性。使用動(dòng)態(tài)信號(hào)可以在一定程度上抵抗外源噪聲帶來的不確定性，通過監(jiān)測(cè)單個(gè)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)差異小于細(xì)胞間差異。徐顯皓的研究結(jié)果表明，增加監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)可以提高對(duì)外源噪聲的抗干擾能力。此外，針對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)的特點(diǎn)有針對(duì)性地設(shè)計(jì)基因線路也能降低基因表達(dá)噪聲。

隨著合成生物學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，合成基因線路的功能越來越多。但隨著基因線路規(guī)模的擴(kuò)大，簡(jiǎn)單的構(gòu)建方法已無法滿足日益增長(zhǎng)的大規(guī)模合成基因線路的設(shè)計(jì)需要。利用合成生物學(xué)構(gòu)建合成基因線路，在特定的條件下關(guān)閉或打開基因的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞生長(zhǎng)的內(nèi)源代謝途徑和目的產(chǎn)物生產(chǎn)的異源途徑之間的轉(zhuǎn)換。通過建立動(dòng)力學(xué)模型和代謝模型，檢驗(yàn)合成生物網(wǎng)絡(luò)是否具有期望的調(diào)控特性，在檢測(cè)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)能處理特定信息的合成生物網(wǎng)絡(luò)，并分析實(shí)際代謝網(wǎng)絡(luò)中的代謝通量，為人工合成代謝網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供了指導(dǎo)。大量研究者將線性優(yōu)化引入代謝網(wǎng)絡(luò)分析，基于約束的建模理念和通量平衡分析，結(jié)合自動(dòng)化和手工修飾，在基因組規(guī)模細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上構(gòu)建了一系列模式生物的代謝網(wǎng)絡(luò)。已有的典型模式生物的基因組規(guī)模代謝網(wǎng)絡(luò)包括、、、、、等物種的代謝網(wǎng)絡(luò)模型，、的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型是主要代表。由合成線路構(gòu)成的、具有特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基因網(wǎng)絡(luò)常作為研究模板，被稱為基因網(wǎng)絡(luò)模體，部分基因網(wǎng)絡(luò)模體具備特殊的功能，如瞬態(tài)響應(yīng)和倍數(shù)感知等。Planes等對(duì)酵母菌基因網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編輯，生產(chǎn)出青蒿素前體，在植物源藥物的異源生產(chǎn)上獲得重大突破。

3 合成生物學(xué)構(gòu)建微生物工程菌的應(yīng)用

隨著對(duì)代謝工程和合成生物學(xué)領(lǐng)域探索的不斷深入，人工構(gòu)建微生物工程菌在合成各類產(chǎn)物方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，成為了國(guó)內(nèi)外工業(yè)生物技術(shù)研究的熱點(diǎn)。首先通過優(yōu)化合成途能夠獲得工程菌框架，然后通過提高其性能和穩(wěn)定性，進(jìn)化代謝和全局調(diào)控提高其生產(chǎn)能力，并進(jìn)行多重比較，選擇合適的宿主菌，將其轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)可用的工程菌。一些模型微生物（大腸桿菌、畢赤酵母、谷氨酸棒桿菌、枯草芽孢桿菌、鏈霉菌和解脂耶氏酵母）已被鑒定為異源表達(dá)和大規(guī)模生產(chǎn)高價(jià)值天然產(chǎn)物的理想基礎(chǔ)。這些模型微生物具有作為底盤細(xì)胞的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橛懈鞣N有效的合成生物學(xué)工具來設(shè)計(jì)它們，并且它們具有較高的生長(zhǎng)率和經(jīng)過充分研究的基因組和代謝網(wǎng)絡(luò)。在底盤細(xì)胞中對(duì)特定代謝產(chǎn)物生物合成相關(guān)基因進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、組裝和構(gòu)建，從而利用底盤細(xì)胞已有的代謝網(wǎng)絡(luò)合成目標(biāo)產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的異源高效合成。

3.1 氨基酸

合成生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)行業(yè)具有較大的推動(dòng)作用，不僅能提升傳統(tǒng)氨基酸產(chǎn)品的產(chǎn)量，還可以獲得產(chǎn)特殊氨基酸產(chǎn)品的工程菌。Zhou Libang等使用賴氨酸核糖開關(guān)和細(xì)胞內(nèi)-賴氨酸作為信號(hào)來控制與賴氨酸生物合成相競(jìng)爭(zhēng)的必需代謝旁路，較一刀切的傳統(tǒng)改造手段，降低了對(duì)菌體生長(zhǎng)和代謝影響。龍夢(mèng)飛設(shè)計(jì)出能動(dòng)態(tài)調(diào)控-酮戊二酸脫氫酶活性的基因調(diào)控線路，并利用該調(diào)控系統(tǒng)下調(diào)支路關(guān)鍵酶活性，較傳統(tǒng)敲除支路手段，其小幅度變動(dòng)宿主原基因組，提高了反式-4-羥基--脯氨酸的產(chǎn)量。Zhang Bin等在和引入RBS置換和起始密碼子置換，并在序列中插入經(jīng)篩選的終止子，顯著提升-鳥氨酸的積累，緩解了直接敲除導(dǎo)致的谷氨酸棒桿菌菌體生長(zhǎng)障礙。合成生物學(xué)相關(guān)技術(shù)的大力發(fā)展將為繼續(xù)突破模式工程菌生產(chǎn)各類氨基酸提供強(qiáng)有力的保證，相比于化工生產(chǎn)用的酶法、抽提法、合成法，發(fā)酵法生產(chǎn)氨基酸具有條件溫和、產(chǎn)物純度高的優(yōu)點(diǎn)，而進(jìn)一步借助合成生物學(xué)技術(shù)，在對(duì)生產(chǎn)用菌全局代謝途徑清晰的前提下，能對(duì)菌體使用動(dòng)態(tài)的、更適當(dāng)?shù)?、更精?zhǔn)的、影響更小的改造方式來高產(chǎn)目的氨基酸。

3.2 芳香族化合物

含有雙鍵和單鍵交替的不飽和環(huán)的芳香族化合物在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，例如作為添加劑被使用在藥物、農(nóng)用化學(xué)品、食品、飼料和化妝品中。芳香族化合物主要通過化學(xué)合成，也可以通過提取從植物中獲得。由于一系列資源及環(huán)境問題，利用可再生生物質(zhì)生產(chǎn)芳烴的生物技術(shù)越來越受到關(guān)注。許多微生物能夠分解代謝過多的芳香族化合物，攔截這些代謝途徑可能導(dǎo)致生物技術(shù)生產(chǎn)增值芳香族化合物，研究者重點(diǎn)關(guān)注莽草酸途徑這一生成芳香族氨基酸和其他多種芳香族化合物的重要途徑。莽草酸途徑中，最終產(chǎn)物4-羥基苯甲酸（4-hydroxybenzoic acid，4HBA）是一種在防腐殺菌方面有利用價(jià)值的原料。Barker等構(gòu)建了一系列重組大腸桿菌菌株，獲得了1 株4HBA反饋抑制得到緩解的、對(duì)菌體毒性作用下降的重組菌菌株，4HBA實(shí)驗(yàn)室規(guī)模產(chǎn)量達(dá)到12.0 g/L。Verhoef等從惡臭假單胞菌S12中敲除4HBA羥化酶的基因，轉(zhuǎn)入載有苯丙氨酸解氨酶基因的質(zhì)粒，構(gòu)建了失去降解4HBA能力的S12pal B1菌株。由于惡臭假單胞菌S12缺乏利用木糖的天然能力，Meijnen等將來自大腸桿菌的木糖異構(gòu)酶途徑引入到產(chǎn)對(duì)羥基苯甲酸酯的惡臭假單胞菌中，獲得能利用木糖的菌株。以往4HBA從石油成分中合成，對(duì)資源和環(huán)境的損耗極大?；诤铣缮飳W(xué)的工程菌設(shè)計(jì)思路，借助目標(biāo)產(chǎn)物代謝途徑的小規(guī)模刪減和異源合成途徑的移植，使本不能留存4HBA的大腸桿菌在改造后有望實(shí)現(xiàn)4HBA及其他莽草酸代謝途徑產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)。

3.3 糖類

氨基葡萄糖（2-amino-2-deoxy--glucose，GlcN）常用作膳食補(bǔ)充劑，GlcN及其衍生物-乙酰氨基葡糖胺（-acetyl--glucosamine，GlcNAc）具有控制疼痛、改善功能和延緩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)改變功效，在醫(yī)藥領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。劉延峰在枯草芽孢桿菌中共表達(dá)-葡糖胺-6-磷酸合成酶和-葡糖胺-6-磷酸乙?；?，成功構(gòu)建GlcNAc合成途徑，實(shí)現(xiàn)GlcNAc在枯草芽孢桿菌中積累。在該重組枯草芽孢桿菌基礎(chǔ)上，對(duì)GlcNAc合成途徑關(guān)鍵酶進(jìn)行調(diào)控，采用雙啟動(dòng)子系統(tǒng)優(yōu)化GlcNAc合成途徑中關(guān)鍵酶表達(dá)，嚴(yán)謹(jǐn)型啟動(dòng)子P調(diào)控-葡糖胺-6-磷酸合成酶表達(dá)，并抑制分支代謝途徑，獲得高產(chǎn)重組菌株。顧洋使用強(qiáng)組成型啟動(dòng)子P替換葡萄糖/氫離子協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白載體和葡萄糖激酶編碼基因、和糖酵解途徑關(guān)鍵基因和的原始啟動(dòng)子，強(qiáng)化自身的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，避免磷酸烯醇式丙酮酸對(duì)其轉(zhuǎn)錄水平的反饋調(diào)控。GlcN目前主要以甲殼素水解法生產(chǎn)，水解法消耗大量的酸堿，純化工藝復(fù)雜，存在過敏效應(yīng)。相對(duì)水解法，微生物發(fā)酵法生產(chǎn)不受資源限制，對(duì)環(huán)境污染小，不存在過敏效應(yīng)，借助合成生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行GlcN代謝途徑的移植和轉(zhuǎn)化系統(tǒng)強(qiáng)化，改造后的枯草芽孢桿菌能順利積累GlcN，并顯著提高了發(fā)酵生產(chǎn)GlcN的產(chǎn)量與生產(chǎn)強(qiáng)度。

糖胺聚糖廣泛用于臨床治療、保健品和化妝品領(lǐng)域，例如透明質(zhì)酸（hyaluronic acid，HA）、硫酸軟骨素（chondroitinsulfate，CS）等。當(dāng)前糖胺聚糖的主要生產(chǎn)方式是從組織提取，產(chǎn)量有限，不同來源的提取物分子質(zhì)量差異很大，且存在穩(wěn)定性差、產(chǎn)品純度不足等缺點(diǎn)?；诤铣缮飳W(xué)策略，構(gòu)建工程菌進(jìn)行生產(chǎn)可避免上述問題，還可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品分子質(zhì)量分布的精準(zhǔn)控制。Hubbard等發(fā)現(xiàn)獸疫鏈球菌（）透明質(zhì)酸合酶（hyaluronan synthase，HAS）與人HAS跨膜拓?fù)湎嗨?，序列同一性顯著，對(duì)Se-HAS進(jìn)行體外催化，將純化后Se-HAS重構(gòu)為蛋白脂質(zhì)體，實(shí)現(xiàn)了HA的體外合成。Jeong等構(gòu)建了含有多種HA途徑基因組合盒的表達(dá)載體，最終將來自非洲爪蟾的HAS整合至畢赤酵母基因組，工程菌HA產(chǎn)量達(dá)0.8～1.7 g/L。CS廣泛分布在軟骨連結(jié)組織中，和GlcN配合使用有一定的止疼、促進(jìn)軟骨再生的功效，硫酸軟骨素糖胺聚糖還是大腦中生長(zhǎng)因子信號(hào)和神經(jīng)干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。CS衍生物有利于原代神經(jīng)細(xì)胞的神經(jīng)突觸生長(zhǎng)，He Wenqin等對(duì)4--硫酸轉(zhuǎn)移酶和6--硫酸轉(zhuǎn)移酶等關(guān)鍵酶進(jìn)行修飾，成功在大腸桿菌和畢赤酵母中產(chǎn)出CS，為借助工程菌酶法合成CS提供了基礎(chǔ)?；诤铣缮飳W(xué)技術(shù)及理念構(gòu)建重組工程菌生產(chǎn)糖胺聚糖的方式必將取代傳統(tǒng)動(dòng)物組織提取，這能提高糖胺聚糖的使用安全性，同時(shí)降低其生產(chǎn)成本，為保健食品和醫(yī)藥的研發(fā)提供大量?jī)?yōu)質(zhì)的原材料。

3.4 有機(jī)酸

發(fā)酵法被應(yīng)用于多種有機(jī)酸生產(chǎn)，有機(jī)酸在醫(yī)藥領(lǐng)域需求廣泛，因此有機(jī)酸生產(chǎn)已經(jīng)逐漸成為發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的重要部分。莽草酸是合成抗病毒藥物奧司他韋的關(guān)鍵中間體，其衍生物具有抗腫瘤、防止血栓形成等多種功效，可以通過化學(xué)合成、微生物發(fā)酵和從某些植物中提取來獲得，由于植物提取成本高，通過發(fā)酵在重組微生物中生產(chǎn)莽草酸可能成為既定的優(yōu)選途徑。侯建屾等利用生長(zhǎng)依賴啟動(dòng)子和去電子構(gòu)建了動(dòng)態(tài)分子開關(guān)，這種動(dòng)態(tài)分子開關(guān)將細(xì)胞生長(zhǎng)與莽草酸合成分開，發(fā)酵72 h后生成莽草酸14.33 g/L。Liu Chang等根據(jù)大腸桿菌和谷氨酸棒桿菌遺傳密碼子使用偏好性，構(gòu)建適配性增強(qiáng)的3-脫氫奎寧酸脫水酶元件庫(kù)，為合成生物學(xué)應(yīng)用定制了新DNA序列，并獲得可用于設(shè)計(jì)代謝工程和合成生物學(xué)的莽草酸途徑人工模塊。Niu Fuxing等開發(fā)了生物傳感器介導(dǎo)、等離子體誘變與基因組改組相結(jié)合的菌株改良策略，通過引入外源-呋喃果糖苷酶基因，對(duì)產(chǎn)蔗糖大腸桿菌進(jìn)行改造，得到的利用蔗糖的大腸桿菌菌株莽草酸產(chǎn)量達(dá)（24.64±0.32）g/L。以往從植物分離莽草酸的成本較高，產(chǎn)量有限，限制了其作為合成原料的應(yīng)用。采用合成生物學(xué)手段，借助異源合成途徑的移植，使本不能合成莽草酸的大腸桿菌在改造后有望實(shí)現(xiàn)莽草酸及其代謝途徑產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)。

-酮異戊酸是多個(gè)生物合成和化學(xué)合成領(lǐng)域中重要的中間體，廣泛應(yīng)用于制藥和保健品行業(yè)，例如合成臨床藥物-酮酸片用于治療尿毒癥。Liu Long等在一株能夠產(chǎn)支鏈氨基酸氨基轉(zhuǎn)移酶、將-亮氨酸和丙酮酸轉(zhuǎn)化為-酮異戊酸的蠟樣芽孢桿菌中，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持遺傳算法，對(duì)酶催化過程進(jìn)行建模和優(yōu)化，經(jīng)優(yōu)化發(fā)酵8 h后-酮異戊酸質(zhì)量濃度達(dá)到5.63 g/L，比未優(yōu)化組提高了3 倍。宋陽(yáng)進(jìn)行N端密碼子替換，將催化底物-亮氨酸脫氨合成-酮異己酸的-氨基酸脫氨酶活力提高24.89%。李雅婷構(gòu)建微氧調(diào)控開關(guān)，協(xié)調(diào)輔酶循環(huán)，調(diào)控-酮異戊酸合成途徑和丙酮酸消耗途徑，實(shí)現(xiàn)了-酮異戊酸高效發(fā)酵合成。-酮己酸在食品、飼料和生物制藥工業(yè)中的應(yīng)用日益增多，-酮己酸的高效生產(chǎn)越來越受到人們的關(guān)注，Song Yang等在大腸桿菌中，從轉(zhuǎn)錄和翻譯水平對(duì)-氨基酸脫氨酶基因的表達(dá)進(jìn)行微調(diào)，以提高-酮異己酸效價(jià)，通過優(yōu)化具有不同拷貝數(shù)的質(zhì)粒來源、調(diào)節(jié)起始密碼子下游的信使RNA結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)RBS的序列，構(gòu)建的重組工程菌產(chǎn)-酮異己酸質(zhì)量濃度最高達(dá)到86.55 g/L。-酮異戊酸、-酮己酸目前以化學(xué)合成為主，合成過程需要高成本的催化劑，生產(chǎn)成本較高。在傳統(tǒng)改造方法所構(gòu)建的菌株之上，借助人工網(wǎng)絡(luò)的模擬計(jì)算，結(jié)合感受器和開關(guān)聯(lián)動(dòng)，微調(diào)關(guān)鍵酶的表達(dá)，更為精細(xì)地對(duì)代謝途徑進(jìn)行優(yōu)化改造，為-酮酸的發(fā)酵工業(yè)化合成提供了新思路。

3.5 天然產(chǎn)物

天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，具有多種活性，但其天然合成途徑和代謝調(diào)控較復(fù)雜，需要對(duì)宿主合成途徑進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改造，以提高天然產(chǎn)物的生物合成效率。隨著合成生物學(xué)技術(shù)日益成熟，異源表達(dá)已被廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物生產(chǎn)。梁蓉等利用畢赤酵母真核表達(dá)體系實(shí)現(xiàn)擬南芥AtPOFUT1蛋白異源表達(dá)，初步檢測(cè)明確了該重組蛋白具有-巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶活性。Paddon等通過重新改造合成途徑過表達(dá)植物脫氫酶和細(xì)胞色素P450，使得青蒿酸在釀酒酵母中發(fā)酵產(chǎn)量達(dá)到25 g/L，為青蒿素化學(xué)合成的前體大量生產(chǎn)提供了可能。Bian Guangkai等開發(fā)了萜類化合物生物合成平臺(tái)，通過在釀酒酵母中過表達(dá)tHMG1，去除跨膜結(jié)構(gòu)域，得到能高產(chǎn)萜類化合物菌株。Zhou Yongjin等建立模塊化工程途徑并在釀酒酵母中組裝合成次丹參酮二烯通路。Dai Zhubo等在釀酒酵母中引入不同植物來源的齊墩果酸合酶、原人參二醇合酶、原人參三醇合成酶等，構(gòu)建了原人參二醇、原人參三醇和齊墩果酸的合成途徑。Yamanaka等構(gòu)建了基于轉(zhuǎn)化相關(guān)重組的基因平臺(tái)，該平臺(tái)可以直接克隆、重組和異源表達(dá)沉默生物合成途徑，從而產(chǎn)生新抗生素，利用該方法成功表達(dá)了來自海洋放線菌糖單孢菌的非核糖體肽合成酶生物合成基因簇，并在模型表達(dá)宿主鏈霉菌中產(chǎn)生了二氯化脂肽抗生素他霉素A，為新天然產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)和藥物開發(fā)開辟了途徑。通過分析天然產(chǎn)物生物合成途徑，它們均遵循生物合成邏輯而通過體內(nèi)相關(guān)酶催化反應(yīng)產(chǎn)生。因此，通過構(gòu)建文庫(kù)和平臺(tái)，對(duì)次生代謝產(chǎn)物生物合成基因元件進(jìn)行改造和拼裝，可人工構(gòu)建天然產(chǎn)物的生物合成途徑，優(yōu)化工程菌自身代謝，有效提高天然產(chǎn)物產(chǎn)量。

近年單純合成天然產(chǎn)物不再滿足人們的需要，研究者致力于改造天然產(chǎn)物以提高其水溶性和活性，重構(gòu)合成途徑，減少其結(jié)構(gòu)類似副產(chǎn)物，獲得高純度高活性的目標(biāo)天然產(chǎn)物。Liu Xiaochen等在大腸桿菌中重組表達(dá)歐洲山芥來源的糖基轉(zhuǎn)移酶，并利用尿苷二磷酸-糖基轉(zhuǎn)移酶對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行糖基化修飾，最終獲得水溶性和生物活性顯著提高的甘草次酸-3--單葡萄糖。天然產(chǎn)物二聚化也是一種有助于提高活性的修飾方法，Matsuda在煙曲霉中發(fā)現(xiàn)天然產(chǎn)物Neosartorin合成基因簇，并通過一系列基因缺失實(shí)驗(yàn)研究了其生物合成，還發(fā)現(xiàn)了用于異二聚化的P450單加氧酶接受非天然底物以提供新的Neosartorin二聚體，二聚化產(chǎn)物的抗菌活性較初產(chǎn)物有顯著提升。Liu Yiqi等在酵母中通過重新設(shè)計(jì)天然轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)回路，構(gòu)建了信號(hào)強(qiáng)度增加20 倍的葡萄糖抑制和乙醇誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄信號(hào)擴(kuò)增裝置，并利用該裝置生物合成了一種降血脂藥物中間體莫納可林J，首次構(gòu)建并系統(tǒng)工程化了一株產(chǎn)抗生素二氫莫納可林L的菌株。Wang Zheng等對(duì)需鈉弧菌（）進(jìn)行工程改造，通過利用誘導(dǎo)型啟動(dòng)子表達(dá)異源酪氨酸酶基因來合成黑色素，并證明了黑色素的產(chǎn)生比以前報(bào)道的異源系統(tǒng)快得多。在重組工程菌的基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷的改進(jìn)和調(diào)整，是天然產(chǎn)物發(fā)酵生產(chǎn)研究的前景方向。

4 結(jié) 語(yǔ)

合成生物學(xué)相關(guān)技術(shù)研究為構(gòu)建和生產(chǎn)預(yù)期化合物工程菌株提供了強(qiáng)有力技術(shù)支撐，是發(fā)酵工業(yè)領(lǐng)域研究的重要方向。采用合成生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建高效微生物工程菌，能夠在保持菌體生長(zhǎng)正常，使工業(yè)微生物在代謝穩(wěn)定的基礎(chǔ)上提高已有的產(chǎn)能和生理性能。將合成生物學(xué)工具應(yīng)用于定向進(jìn)化，能縮短工程菌定向進(jìn)化周期，增加突變體篩選效率，將其應(yīng)用于代謝工程，在將生物系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行工程改造前提下，通過動(dòng)態(tài)控制各復(fù)雜途徑表達(dá)量，可以迅速提升產(chǎn)品多樣性。以開發(fā)氨基酸、GlcN等功能性成分為代表的工程菌發(fā)酵研究目前取得了顯著進(jìn)展。在理論研究、技術(shù)探索和借鑒典型合成回路的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)寬合成的目標(biāo)范圍、構(gòu)建智能化工程菌和實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)是未來合成生物學(xué)技術(shù)的重要方向。