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- 摘要：CO2既是驱动全球气候变化的主要温室气体之一，也是自然界丰富的一碳资源。发展高效的CO2生物捕集与转化技术，并将其转化为有机酸、酯、醇和醚等高值化学品，有助于推进CO2资源化利用、降低化工生产对化石碳源的依赖，对实现我国“碳达峰”和“碳中和”目标具有重要意义。与模式微生物相比，非模式微生物具有多样化的固碳途径、能量代谢模式和环境适应能力，是构建新一代CO2生物转化底盘的重要生物资源。本文从以下3个方面系统综述非模式微生物用于CO2生物转化的研究进展：（1）具有CO2生物转化潜力的非模式微生物类型及其代谢特征；（2）非模式微生物固碳元件的挖掘、改造与应用；（3）制约非模式微生物底盘性能的关键因素及相应的工程化策略。在此基础上，分析非模式微生物在固碳元件资源开发、底盘可预测设计以及工业化性能保持等方面的不足，并提出通过蛋白质语言模型与高通量功能验证拓展复杂固碳元件资源、整合多组学数据与代谢模型提高底盘改造可预测性，以及加强工业相关条件下菌株性能验证与过程放大评价等未来研究方向，以期促进非模式微生物由天然固碳资源向可设计、可调控、高效稳定的工程化CO2生物转化底盘转变。关键词：CO2生物转化;非模式微生物;固碳元件;微生物底盘;代谢工程0|1|0更新时间：2026-10-30
- 摘要：钢铁冶炼、铁合金、炼油裂解和煤化工等重工业每年排放大量含CO、CO₂和H₂的工业尾气，既是温室气体来源，也是可观的碳资源。产乙酸菌依靠Wood-Ljungdahl途径高效固定一碳气体，是尾气生物转化最具潜力的底盘。本文系统综述了产乙酸菌底盘构建与应用进展，一是生物学基础，包括产物途径的代谢机制、热力学约束、能量守恒机制及核心菌株的选择；二是遗传工具，涵盖基因转移、CRISPR-Cas9/Cas12a、内源I-B型系统和RecT重组工程；三是代谢工程策略，包括提高天然产物产量、构建非天然产物异源合成途径、改造中心碳代谢，以及适应性实验室进化与理性设计的协同；四是气-液传质与过程工程，涉及反应器构型、连续及两阶段发酵、在线监控与过程控制；五是结合不同产业化阶段的案例，分析关键瓶颈并探讨以工艺协同优化为主的突破路径。本文旨在为产乙酸菌底盘的理性设计与工程化推广，以及一碳气体生物转化的产业化提供系统参考。关键词：产乙酸菌;气体发酵;底盘细胞;代谢工程;合成生物学2|1|0更新时间：2026-10-30
- 摘要：非常规酵母底物利用范围广、环境耐受能力强，可弥补常规酿酒酵母在工业生物制造中的不足，是极具潜力的真核生物底盘细胞。本文首先综述非常规酵母的天然优势与多元化工业应用，进而系统梳理构建非常规酵母底盘细胞的三大核心技术：遗传调控元件的开发与表征、CRISPR基因编辑工具的设计与优化、基于代谢通路重构的细胞工厂设计，完整覆盖从分子元件挖掘、遗传操作工具开发到代谢网络重编程的技术链条。针对当前非常规酵母研究中宿主特异性强、通用工具匮乏、代谢认知模糊及产业转化迟滞等关键瓶颈，本文提出“实验室适应性进化-多组学深度解析-人工智能驱动设计”深度融合的研究思路，旨在加速其智能化创制与工程化改造。最后，本文展望未来四大重点方向：新型种质资源的系统挖掘、通用型分子工具箱的开发、数据驱动的智能设计体系构建，以及从实验室到产业化的转化路径探索，强调通过多学科交叉融合，推动非常规酵母底盘细胞从基础研究迈向规模化生物制造应用。关键词：非常规酵母;底盘细胞构建;代谢工程;生物制造70|10|0更新时间：2026-10-28
- 摘要：烯烃不对称环氧化是构建手性含氧结构的重要反应，在生物活性分子合成中具有广泛应用。经典小分子催化体系已能够高效实现多类烯烃的不对称环氧化，但对于缺乏近端导向基团、处于相似化学环境中的多个烯烃，实现位点选择性和立体选择性的协同控制仍具有挑战。近期，上海交通大学李健团队与中国医学科学院药用植物研究所张卫东团队通过定向进化将P450BM3改造为高区域选择性和对映选择性的人工环氧酶EPO6，实现了法尼醇内部C6=C7双键的选择性不对称环氧化，并完成十克级产物制备。在此基础上，作者将酶催化与多烯环化等化学转化相结合，以显著缩短的路线完成多种混源萜类天然产物的合成。该工作为化学–酶法协同的复杂分子高效合成提供了新的研究范式。本文介绍该人工环氧酶的开发及其在天然产物全合成中的应用，重点分析酶催化独特的分子识别能力如何突破传统化学催化中的位点选择性限制，并讨论生物催化如何通过创造传统方法难以实现的逆合成切断，拓展复杂分子的合成设计空间。关键词：化学-酶法合成;P450BM3;法尼醇;不对称环氧化48|4|0更新时间：2026-10-28
- 摘要：工业生物制造的关键问题，是将分子尺度获得的菌株性能转化为放大后仍稳定、可控制且具全流程竞争力的生产表现。本文依照“设计候选形成-过程约束检验-反馈再设计”的逻辑，梳理合成生物学与过程工程的协同。首先，从标准化组装和宿主资源约束出发，阐明设计-构建-测试-学习（Design-Build-Test-Learn，DBTL）DBTL循环如何整合多位点编辑与基因组尺度代谢模型，将遗传设计转化为氧需求、辅因子平衡、副产物形成及遗传稳定性等可检验的工程变量。继而，以反应、混合、传质和分离之间的接口承接这些变量，分析工业放大造成的溶氧、底物和pH时空波动如何改变代谢通量与群体感应调控，并影响补料、供氧、产物回收及全流程经济和环境表现。设计端由此提出候选路径及其约束，过程端通过动态暴露试验和全流程评价检验候选，再将性能失配反馈至路径与底盘设计。在这一脉络上，本文以“路径-尺度-数据”框架连接逆生物合成、计算流体力学与缩尺度试验、过程分析技术及模型辅助决策，并以1，3-丙二醇和β-法呢烯说明两类细胞—过程耦合策略。最后，提出结合生产指标、放大性能保持率、供氧裕量、批次变异、模型误差及边界一致的经济与环境指标评价工程成熟度。关键词：合成生物学;过程工程;DBTL循环;跨尺度建模;数字孪生;生物制造;逆生物合成分析;生命周期评价71|9|0更新时间：2026-10-27
- 摘要：维生素E是一类脂溶性抗氧化剂，兼具重要的生理功能与庞大的市场需求。传统化学全合成法所得产物生物活性低、环境不友好；天然植物油提取法则受限于原料供应与成本，难以满足可持续发展需求。微生物发酵法凭借原料可再生、过程绿色、产物为单一天然构型等优势，成为维生素E绿色制造的前沿方向。本文重点阐述了大肠杆菌、酵母及紫色非硫光合细菌等工程化底盘细胞在维生素E异源合成中的研究进展，分析了前体供应强化、关键酶优化、膜工程与转运工程、辅因子优化及发酵工艺改进等策略。近年来，合成生物学的发展为微生物异源合成维生素E提供了工程化改造的新思路。通过酶工程改造、转运蛋白筛选及原位萃取等技术突破，结合传统的代谢工程改造，维生素E产量已从微克每升级别提升至克级每升水平，其中球形红细菌中生育酚产量达到3.51 g/L，创下最高纪录。最后，本文从新型酶资源挖掘、辅因子全局优化、产物耐受性改造、发酵—分离耦合、人工智能驱动的细胞工厂设计等方面展望了未来的研究方向，以期为维生素E及其他脂溶性天然产物的微生物合成提供参考。关键词：维生素E;微生物合成;代谢工程;合成生物学73|22|0更新时间：2026-10-26
- 摘要：人造细胞的跨膜信号转导是自主人造细胞的核心功能。构建具有信号转导功能的人造细胞面临信号转导能力有限、与下游代谢耦合不足等诸多挑战。本文系统介绍了人造细胞信号转导的三大类载体，包括生物大分子、合成分子及纳米结构，描述了各类信号转导载体的原理、功能特性与最新研究进展。生物大分子体系依托天然离子通道与G蛋白偶联受体的功能性重组，实现化学、机械及激素信号的转导；合成分子体系通过化学修饰实现离子通道与合成受体的可编程设计；纳米结构体系依托DNA纳米组装体与碳纳米管孔蛋白的可编程性，实现信号转导与群落通讯。分析了具有信号转导功能人造细胞在高灵敏生物传感、疾病治疗及生物逻辑计算等领域的应用现状，指出目前存在信号整合能力不足、能量无法自给、体内稳定性欠佳、规模化制备难度大等核心瓶颈问题，提出了构建模块化反馈调控网络、耦合能量供给系统、优化膜组分与制备工艺等针对性解决方案，并对多细胞协同信号转导体系研发及临床转化的未来发展方向进行了展望。关键词：人造细胞;信号转导;合成受体;生物医学应用24|4|0更新时间：2026-10-23
- 摘要：自主分裂能力是所有细胞型生命体的基本特征。实现合成细胞的自主分裂，不仅是合成生命领域的重大挑战，也是从“理解生命”迈向“创造生命”的关键里程碑。目前，以单细胞原核生物（细菌和古菌）的分裂蛋白为元件构建合成细胞分裂系统是该领域的主流策略之一。骨架蛋白FtsZ聚合形成的Z环是驱动原核生物细胞分裂的核心元件，利用FtsZ及其膜锚定蛋白在脂质体囊泡内重构Z环，以实现膜的形变、收缩乃至完全分裂是当前的研究重点。然而，体外重构的Z环直径通常较小，难以驱动巨型单层囊泡（GUVs）产生显著的膜形变与分裂。近期，德国马克斯·普朗克生物化学研究所Petra Schwille团队发现，FtsN蛋白的胞质结构域（cytoFtsN）能够促使FtsZ纤维组装成直径与GUV尺寸相匹配的闭合环状结构，并驱动脂膜的大幅度收缩，使囊泡由球形转变为哑铃状。该工作突破了长期困扰合成细胞研究的Z环尺寸不匹配瓶颈，同时极大简化了分裂所需的蛋白组分，为实现可自主分裂的合成细胞提供了全新的策略。本文将系统介绍上述研究成果，并结合领域的相关进展进行讨论，为推动合成细胞相关研究提供参考。关键词：合成细胞;细胞分裂;FtsZ;FtsN;Min系统;膜收缩;合成生物学68|25|0更新时间：2026-10-16
- 摘要：糖是生物制造和合成生物产业的核心原料和物质基础。来自玉米原料的淀粉糖体量远不足以支撑未来大规模生物制造和合成生物学产业所需糖原料的体量。通过生物炼制技术从木质纤维素类非粮生物质（如农作物秸秆）生产秸秆糖是未来最重要的出路之一。目前常规生物炼制技术存在着大量有毒废水排放、低转化指标、高化石能源消耗等重大技术障碍。本文以突破上述关键技术障碍为目标，通过干法预处理、低酶糖化、液态生物脱毒等步骤构成的干法生物炼制技术为过程平台，对零废水/零抑制物排放、过程能量自给以及低水耗、低腐蚀、长期储存等因素限制下的秸秆糖过程技术和技术经济性进行了深入研究。对以麦秆为原料的干法生物炼制技术生产秸秆糖的转化、排放、能耗等指标，以及发酵性能、稳定性、可运输性等各方面进行了实验研究；以年加工5万吨（干重）麦秆原料生产秸秆糖的干法生物炼制过程为案例进行了技术经济性分析。结果表明，干法生物炼制生产秸秆糖在转化、排放、能耗、成本等各项可量化指标方面与玉米干法加工生产葡萄糖基本一致，而生产成本仅为淀粉糖的一半。本研究为非粮生物质为原料进行大宗生物基化学品的低碳制造提供了可规模化供应的糖原料平台，也为合成生物学研究提出了丰富的科学问题，并极大拓展了其研究领域。关键词：干法生物炼制;秸秆糖;非粮生物质;零废水排放;能耗;发酵性能;技术经济性评价106|71|0更新时间：2026-10-15
- 摘要：在自下而上构建人工细胞的研究中，理性构建具备多重生物活性的功能模块，是实现复杂类生命行为的重要基础。病毒多功能蛋白因其结构紧凑、功能多样，具有作为人工细胞功能元件的应用潜力。本研究以诺如病毒多功能蛋白NS3为例，利用无细胞蛋白质合成系统（CFPS）实现其体外合成，并证实所得NS3同时保留RNA解旋酶活性和磷脂膜透化活性。进一步研究表明，Mg2+对NS3的两类功能具有差异性调控作用：Mg2+促进NS3介导的RNA解旋过程，却显著抑制其诱导的脂质体透化活性。通过单分子荧光分析，我们发现Mg2+可诱导NS3由开放构象向紧凑构象转变，并降低其在磷脂膜界面的插入深度，从而削弱膜透化能力。最后，我们利用NS3实现了对细胞尺寸巨型单层囊泡（GUV）的膜透化，并观察到Mg2+能够降低其对GUV的膜透化活性，从概念验证层面初步表明了NS3作为人工细胞可控物质交换模块的应用潜力。本研究为探索病毒多功能蛋白在人工细胞功能模块构建中的应用提供了初步实验依据。关键词：人工细胞;病毒多功能蛋白 NS3;无细胞蛋白质合成;单分子荧光技术;Mg2+ 调控39|11|0更新时间：2026-10-15
- 摘要：黄酮合酶I（FNS-I）催化柚皮素C2-C3位脱氢生成芹菜素，是酶法合成黄酮的关键步骤。为拓展有限的FNS-I序列空间并提高催化活性，本研究以欧芹PcFNS-I为起点，在伞形科内收集22条FNS-I候选现生序列，经祖先序列重建（ASR）获得AncFNS-I-48和AncFNS-I-50，并以CataPro排序结合物种代表性选取3条天然同源酶，连同PcFNS-I构成6个候选酶，以等量纯化蛋白测定相对活性；随后以AncFNS-I-48为亲本，利用PSSM、Pythia和CataPro筛选29个单点突变体，配套建立A380终点法高通量筛选流程。在3次平行测定中，以AncFNS-I-48活性归一化为1.00，PcFNS-I、AncFNS-I-50、CcFNS-I、DcFNS-I和CmFNS-I的相对活性分别为0.63、0.63、0.26、0.06和0.05。50 mmol/L磷酸盐缓冲液中的pH响应表明，AncFNS-I-48在pH 6.0-8.5范围内保持较高产物生成能力。结合柚皮素在偏碱性条件下较好的溶解性及后续较高底物负荷与工艺评价的需要，后续条件优化统一在pH 8.0下进行；25–30 ℃更适合长时间反应，250 μmol/L FeSO₄时芹菜素生成量最高，为2.674 ± 0.101 mmol/L。采用A380终点法，以SDS-PAGE目标条带净积分灰度校正的相对初始反应速率评价29个突变体；V159E和H261F分别为WT的3.06 ± 0.26和1.50 ± 0.04倍，均显著高于WT（p < 0.01）。在采用HPLC检测的20 mL反应体系验证中，以WT归一化为1.00，I115V、V159E、M230D和N297D分别为2.15 ± 0.15、2.14 ± 0.11、2.02 ± 0.10和1.88 ± 0.13，均显著高于WT；M85L为0.35 ± 0.03，显著低于WT（p < 0.01）。综合两类指标，本文优先推荐低酶投量下相对初始反应速率最高的V159E；I115V在20 mL制备级反应中的产物生成指标均值最高，但与V159E接近，且现有分析未检验二者间差异，因此将其作为侧重制备级产物生成的备选。本研究建立了“谱系序列收集-祖先重建-AI预测-计算突变-高通量筛选”的酶工程路线，为FNS-I及2-ODD家族酶的挖掘与改造提供方法参考。关键词：黄酮合酶I;伞形科;祖先序列重建;CataPro;定点突变;高通量筛选70|21|0更新时间：2026-10-15
- 摘要：自下而上构建能够分裂的人工合成细胞，是合成生物学迈向最小生命体系的关键一步。现有的分裂模块重构在收缩环的组装、中位定位与收缩起始上已取得显著进展，具有模块化、可控性强的优点，但在把收缩持续推进至细颈乃至完成膜断裂这一步上长期受阻，且缺乏一个能在实验之前判断形变会持续放大还是弛豫回复的介观判据，参数优化因而仍多依赖试错。活性曲面理论把细胞表面处理为一层由化学反应驱动、既可流动又可弯曲的活性薄层，借助力与力矩平衡、受 Onsager 互易关系约束的本构关系，以及分子马达浓度、主动张力、表面流动与几何之间的机械化学反馈，提供了一类可检验的稳定性判据。提出的核心观点是：活性曲面理论不是对模块化重构路线的替代，而是为其补充一个介观层次的组织原则——在给定膜面积、体积、耗散通道与断裂机制等约束下，判断所重构的活性层能否进入使分裂环形成并持续收颈的动力学区域。据此把环形成与收颈表述为受取向组织、耗散尺度与组分动力学共同控制的机械化学失稳，并给出两项最强的设计启示：在所讨论的向列活性曲面模型中，细丝的取向有序程度而非收缩应力的绝对大小决定赤道模式能否失稳，过强的各向同性收缩还可能通过压制向列序而抑制该模式；囊泡半径与流体动力学屏蔽长度之比则构成一个独立于细丝固有曲率的动力学尺度匹配条件。指出近期 FtsZ–cytoFtsN 实验的结果与这一图景相符：提高细丝取向有序度、延长聚合体寿命确实有利于大尺度收缩；但 cytoFtsN 依靠的是电荷介导的束化与动力学稳定化，与理论中的主动排列并非同一机制，因此这种相符仅是现象上的，尚不能视为对主动排列本构系数的直接验证。分析表明，特定模型还预言收颈可呈现多稳态与滞后，可通过控制参量的双向扫描检验。最后指出该框架目前只描述连续形变，完整分裂仍需同时解决膜面积储备与拓扑断裂机制，并就参数标定与理论–实验定量闭环提出了建议。关键词：合成生物学;人工合成细胞;细胞分裂;活性曲面理论;活性物质;机械化学自组织;收缩环;取向序37|33|0更新时间：2026-09-17
- 摘要：水平基因转移是微生物群落遗传信息交换和功能演化的重要驱动力，在微生物适应、抗生素耐药性传播以及环境生物安全评价中发挥重要作用。然而，在复杂环境微生物群落中，确定移动遗传元件的受体宿主及其宿主分布模式仍面临诸多技术挑战。传统培养方法、宏基因组测序以及空间关联技术能够提供遗传元件传播特征或群落遗传背景信息，但受到宿主可培养性限制、遗传元件—宿主关联缺失以及关联结果解释复杂等因素影响，难以全面解析非培养微生物体系中的遗传元件宿主范围。近年来，基于工程化核酶的信息记录技术——RNA可寻址修饰（RNA-addressable modification， RAM）为鉴定水平基因转移相关遗传元件携带状态及宿主关联模式提供了新的技术路径。该技术利用工程化I型内含子核酶介导RNA信息写入，将移动遗传元件编码的RNA条形码信息与宿主16S rRNA信息建立分子关联，从而将难以直接观测的遗传元件—宿主关联状态转化为可检测的分子记录。已有研究表明，RAM能够应用于质粒接合和噬菌体转导体系，并揭示不同移动遗传元件在环境微生物群落中的宿主分布差异，展示了其在复杂微生物群落遗传元件宿主范围分析中的应用潜力。本文围绕RAM的信息记录机制、微生物群落水平基因转移研究中的应用价值及其能力边界进行评述，并进一步讨论其与现有HGT研究方法之间的互补关系。本文认为，RAM的核心意义并不在于替代传统HGT检测策略，而在于改变遗传元件—宿主关系的信息获取方式，使部分过去依赖序列关联、空间关联或培养验证推断的信息转化为可记录、可读取的分子证据。需要指出的是，RAM记录的是特定时间尺度下遗传元件与宿主形成的关联状态，而非完整的水平基因转移传播过程。未来，通过优化工程化核酶性能、融合累积型信息记录体系以及拓展生态应用场景，RAM有望进一步发展为解析微生物群落中遗传元件分布模式及宿主关联特征的重要分子记录平台。关键词：水平基因转移;核酶;RNA可寻址修饰;16S rRNA;移动遗传元件;宿主范围31|33|0更新时间：2026-09-09
- 摘要：合成细胞是指通过生物工程技术，利用DNA、蛋白质和脂质等基本分子组件“自下而上”人工构建的、能够执行类似天然生命功能的仿生系统，正成为研究生命起源与开发智能诊疗器件的前沿平台。然而，如何以非侵入、深穿透的外部刺激实现远程、时空精准的功能调控，始终是将这类系统推向实际应用的关键瓶颈。近期，牛津大学Michael J. Booth课题组在《Nature Chemistry》上发表的研究工作，巧妙借鉴已获临床批准的磁热疗技术，通过设计磁性球形核酸，首次在合成细胞内以临床可耐受的交变磁场参数实现了对无细胞蛋白合成的精准调控及封装物释放。该工作展示了交变磁场穿透不透明屏障并通过磁热转换激活合成细胞的独特能力，凸显了磁场作为调控手段在组织穿透深度上无可比拟的优势。结合Michael J. Booth课题组的研究工作，本文围绕外部刺激介导的远程调控策略，系统梳理了光、温度、磁场等刺激模式在合成细胞功能调控中的研究进展，深入剖析了磁控合成细胞系统的创新设计与潜在局限，并结合本课题组在光驱动合成原细胞以及自调控人工β细胞等方面的研究积累，从刺激响应机制、生物-非生物杂化系统以及多模态正交调控等角度，对磁场调控合成细胞技术从概念验证走向实际应用所面临的挑战与未来发展进行了分析与展望。我们认为，未来合成细胞的跨越式发展不仅有赖于单一刺激响应模块的性能提升，更取决于多种控制形式间的高效耦合与协同调控，最终实现具备复杂信息处理能力的智能合成生命系统。关键词：合成细胞;磁场调控;无细胞蛋白合成;远程控制;智能药物递送90|90|0更新时间：2026-09-01
- 摘要：人工金属酶（Artificial metalloenzymes， ArMs）将非天然金属催化中心整合至蛋白质支架中，兼具金属催化剂的反应多样性和生物大分子的选择性识别能力，为拓展天然酶催化反应边界提供了重要工具。体外重构 ArMs 已在不对称转移氢化、不对称环丙烷化及 C-H 键不对称官能化等反应中展现出独特优势，但其进一步的应用仍受限于蛋白纯化成本高、催化体系稳定性不足等问题。将ArMs构建于活细胞或细胞衍生体系中，依托细胞代谢网络与保护机制，以及区室化结构等特点，提升了催化剂稳定性及生产效率；同时支持多步级联反应及高通量筛选，展现出工业化应用潜力。本文系统梳理了全细胞体系下ArMs的最新进展，核心内容涵盖三大模块：一是细胞组装与定位策略，重点分析细胞质、周质空间、细胞表面三类空间定位方式的技术原理、研究突破与适用场景；二是分子改造与高通量筛选技术体系，总结了从随机突变到计算驱动的多层次突变文库构建方法，以及无细胞提取物筛选、全细胞-光谱联用筛选等技术革新；三是场景化应用进展，详细阐述了其在肿瘤靶向治疗与高值化学品生物合成两大领域的代表性研究。最后，分析了该领域在金属辅因子稳定性、蛋白表达调控及催化性能优化等方面面临的挑战，并对人工智能与合成生物学深度融合驱动的未来发展方向进行了展望。关键词：人工金属酶;全细胞催化;细胞组装与定位;分子改造;高通量筛选;肿瘤靶向治疗;高值化学品;生物合成111|54|0更新时间：2026-08-31
- 摘要：功能性二肽凭借优异的溶解性、结构稳定性与生物吸收利用率，在功能食品、生物医药、精细化工等领域具备极高的应用价值与广阔产业化前景。传统二肽制备依赖化学合成，存在工艺繁琐、环境污染严重、产物可控性差等缺陷，而酶催化绿色合成技术凭借反应条件温和、立体选择性高、副产物少等优势，已成为当下二肽高效生物制造的主流发展方向。本文系统梳理了二肽合成技术的发展历程，聚焦四大核心酶催化体系，包括非核糖体肽合成酶（NRPS）、ATP依赖型L-氨基酸连接酶（Lal）、蛋白酶/肽酶及α-氨基酸酯酰转移酶（AET），详细阐释了各类酶系差异化的肽键形成催化机制、研究进展与应用场景，总结了不同酶系的底物谱特征、催化优势与固有缺陷，归纳了结构域重构、定点突变、半理性设计、宿主代谢改造及固定化催化等主流酶工程与工艺优化策略，梳理了各类体系合成功能性二肽的典型研究案例。同时，深度剖析了当前酶法合成存在的核心瓶颈，包括工具酶固有催化缺陷、底物特异性限制、新型酶资源匮乏等问题。本文旨在为功能性二肽的绿色高效、规模化、定制化生物制造提供系统的理论参考与技术思路，推动酶催化二肽合成技术的持续发展。关键词：功能性二肽;酶催化;生物合成;蛋白质改造;绿色制造177|58|0更新时间：2026-08-18
- 摘要：含自主复制序列（ARSs）的附加体质粒可脱离染色体独立复制，转化效率高、操作简便，已广泛应用于子囊菌酵母遗传改造。然而担子菌酵母普遍缺乏成熟附加体编辑体系，产油菌种圆红酵母（Rhodotorula toruloides）亦缺少相关工具。本研究利用R. toruloides内源ARS构建游离型质粒系统，并证实该质粒可在无筛选压力下丢失。从酵母细胞中回收完整质粒，进一步验证了其游离型复制特性，表明该系统适用于无痕迭代遗传改造。将该质粒与CRISPR/Cas9编辑系统结合，本研究不仅实现了CAR2、CRTI和NAT等靶基因的随机突变，还通过同源重组途径分别完成了内源基因敲除与增强型绿色荧光蛋白编码基因（eGFP）表达盒的染色体定点整合。依托质粒可自主丢失特性实现筛选标记无痕回收，大幅简化菌株迭代改造操作。综上，该游离型质粒系统是一套灵活且可循环使用的编辑工具，能够有力支撑R. toruloides基因功能解析、多基因表达及代谢通路重构等合成生物学研究。关键词：圆红酵母;基因敲除;同源重组;游离型质粒;CRISPR/Cas9105|31|0更新时间：2026-08-18
- 摘要：随着工业化与城市化进程加快，大量重金属、有机污染物及新型污染物持续释放并累积于环境中，对生态系统稳定性与人类健康造成长期威胁。微生物降解因具有环境友好、可持续性强及代谢可塑性高等优势，成为环境污染治理的重要方向。然而，天然微生物在实际应用中仍面临低浓度污染物识别能力有限、降解效率不足、复杂环境适应性差、菌群稳定性低以及生物安全风险等关键瓶颈。近年来，合成生物学的发展为环境微生物降解提供了全新的工程化调控思路。通过构建可编程基因线路、动态代谢调控模块及群体协同系统，能够实现污染物的高灵敏识别、代谢通量精准调控、多底物协同降解以及工程菌环境行为控制，从而显著提升污染物生物修复效率。本文围绕环境微生物降解中的关键调控问题，系统综述了合成生物学在环境污染治理中的最新研究进展，并进一步总结了当前环境合成生物学在复杂环境适配性、系统稳定性、跨尺度调控以及实际应用转化方面面临的挑战，展望了智能化、自适应与生态兼容型环境微生物系统的发展方向。本综述旨在从“调控系统工程化”视角，系统梳理环境微生物降解领域的核心策略与发展趋势，为未来高效、安全、可编程的环境合成生物学体系构建提供理论参考。关键词：污染物检测;微生物降解与转化;合成生物学;调控系统;生物安全58|37|0更新时间：2026-08-11
- 摘要：环境中难降解污染物的持续累积对生态安全和人类健康构成了严重威胁。光催化-生物杂合系统（Photocatalysis-Biohybrid Systems， PBS）通过将光催化材料与非光敏微生物耦合，能够在太阳能驱动下实现污染物的高效降解与转化。然而，当前面向污染物降解的PBS多停留在“材料+天然单菌”的经验组装阶段，面临跨界电子传递受限、胞内还原力非定向分流及降解代谢路径不完整等核心瓶颈，严重制约了其性能提升与工程应用。本文系统概述了PBS的协同作用机制、结构特征及其关键影响因素，总结了其在抗生素、多环芳烃、金属离子及微塑料等典型污染物降解中的最新应用进展，同时重点围绕合成微生物组构建、电子传递链重构以及材料界面优化等核心策略，深入分析了强化杂合系统的有效途径。最后，本文探讨了PBS当前面临的跨界面电子传递效率低、降解路径不完整及系统稳定性不足等核心挑战，并展望了通过合成微生物组构建、电子传递链定向调控以及群落-材料界面的协同适配等策略实现理性设计与工程化应用的未来前景。本文旨在推动PBS从经验驱动的“简单功能组装”向可预测、可调控的“理性系统设计”转变，为构建高效、稳定、可控的污染物降解系统提供理论依据与技术参考。关键词：非光敏微生物;光催化-生物杂合系统;污染物降解;合成生物学;电子传递89|62|0更新时间：2026-08-04
- 摘要：合成微生物群落（Synthetic microbial communities， SynComs）作为合成生物学从单细胞工厂向多细胞群体协作范式转变的核心载体，是实现复杂工程化功能的重要策略。然而，当合成微生物群落从可控的实验室环境转移至复杂、异质的开放生境时，其群落组成与功能的维持能力（即鲁棒性/稳健性，Robustness）往往显著降低。本文首先从环境适配性、功能稳定性、定植稳定性及尺度扩展性四个维度，系统解构了应用场景下合成微生物群落鲁棒性的多维内涵。为应对开放环境的复杂性，并规避低复杂度合成微生物群落（通常含20个以下物种）涌现特性固有的局限性，本文以能够模拟自然生境复杂性的大规模合成微生物群落（含20个以上物种）为研究模型，通过逆向工程解析其在波动压力下维持鲁棒性的深层机制。分析表明，大规模合成微生物群落的鲁棒性源于非线性耦合所产生的涌现特性：在系统发育维度，高丰度物种间的多样性冗余构筑了严密的生态位屏障，显著增强入侵防御能力；在代谢维度，群落成员构建了高效的负反馈回路，关键物种的代谢汇功能有效缓解了有害中间产物的毒性积累；在环境响应维度，群落与宿主调控及生境波动表现出强相关性。值得注意的是，现有研究还表明定植能力与功能表现之间存在解耦现象，即合成微生物群落的功能鲁棒性可在不依赖永久性生态位占据的前提下，以瞬时、即时性的效应形式呈现。基于上述认识，本文提出了面向合成微生物群落应用的四项理性设计原则：1）系统发育维度的生态位饱和原则——通过在目标场景中最大化谱系饱和度以增强入侵抗性；2）代谢负反馈原则——利用关键代谢汇物种消除代谢毒性；3）宿主维度的环境耦合原则——实现合成微生物群落与土著环境因子的稳态匹配；4）功能需求驱动的效应权衡原则——作为顶层约束，该原则主张依据具体应用场景（如即时干预型与长期维持型）动态调整其他原则的设计逻辑。本综述为合成微生物群落跨越实验室至开放生境的尺度障碍提供了关键的方法学指引，同时为强化"设计-构建-测试-学习"（DBTL）循环的底层约束及理性构建高性能、高稳定性合成微生物群落指明了可供参考的优化路径。关键词：合成微生物群落;鲁棒性;逆向工程;设计原则;DBTL循环197|46|0更新时间：2026-08-04
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