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- 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1|0|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70|15|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93|16|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127|10|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/Cas982|12|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43|8|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66|9|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144|16|0更新时间：2026-08-04
- 摘要：微生物群落广泛存在于自然与工程环境中，驱动着复杂的物质转化与生物地球化学循环，展现出多样且高效的功能。基于此发展出的微生物组工程理论和方法，为环境修复、农业生产与生物制造等领域提供了新的技术路径。近年来，大量研究已在低复杂度合成群落中解析了基于代谢交叉喂养、代谢分工等典型互作关系的群落调控机制。然而，这些机制多建立在理想化、低维度体系下，其适用范围与普适性仍有待验证，尤其是在向复杂工程微生物组外推时，缺乏系统性的设计原则。同时，工程微生物组应用场景通常处于动态变化中，微生物间相互作用亦随环境波动、时空尺度和物种流动发生动态变化，使得基于静态与封闭体系获得的机制难以直接用于复杂体系的预测与设计。基于此，本文围绕微生物互作机制解析如何向复杂工程微生物组设计转化的关键问题，回顾了典型互作机制在理想体系中的研究进展，分析了其在向复杂微生物组外推过程中的重要缺环。本文进一步重点讨论了互作机制跨时间与空间尺度放大中的主要挑战，并梳理了环境波动、开放体系中迁入迁出等因素对互作关系及群落动态的调控作用。在此基础上，本文指出，未来需拓展从两两互作向高阶互作的研究，发展基于机制分类与标准化参数的定量表征框架，并构建跨时空尺度的预测模型；提出应在动态与开放情境中解析互作机制，并建立面向工程应用的鲁棒性测试体系，以提升工程微生物组设计原理的可预测性与可迁移性。关键词：微生物相互作用;微生物组;微生物组工程;时空尺度;情景依赖性;理性设计原理167|16|0更新时间：2026-07-31
- 摘要：微生物群落尺度代谢模型（microbial community-scale metabolic model， MCMM）是单菌基因组规模代谢模型（genome-scale metabolic model， GSMM）基础上发展形成的群落代谢建模框架，可用于分析微生物群落中的资源竞争、代谢物交换、交叉供养、功能输出及其对群落构建与演化的影响。本文围绕MCMM的构建基础、主要建模方法、代表性工具及发展方向进行综述。文章首先介绍单菌GSMM的构建流程，包括初始模型构建、修订与结构质量评估和功能验证与优化，阐明单菌模型质量对群落尺度预测结果的影响。随后梳理稳态MCMM的基本思想，比较不同稳态建模方法在群落优化、稳定共存、样本特异性预测和代谢依赖识别等方面的特点，并分析稳态假设在描述群落时间变化和空间异质性方面的局限。在此基础上，介绍动态MCMM的建模思路，通过引入底物消耗、代谢物积累、种群丰度波动等时间变化和空间过程，可描述群落演替、扰动响应和空间异质性。最后，本文讨论MCMM在模型质量、环境约束、参数设定、多组学整合和机器学习辅助建模等方面的发展需求，为微生物群落代谢互作研究和功能预测提供参考。关键词：微生物群落尺度代谢模型;基因组规模代谢模型;代谢互作;多组学;机器学习129|19|0更新时间：2026-07-31
- 摘要：极地微生物资源具有长期地理隔离、多重环境适应和功能遗传多样性等特点，是发现新型功能基因、代谢途径和工程化生物元件的重要来源，在低温绿色催化、环境污染治理、资源循环利用和低碳生物制造等领域展现出应用潜力。然而，极地资源开发仍面临资源分散、可培养性不足、功能验证滞后、工程底盘缺乏以及资源治理体系有待完善等问题。本文围绕从极地探索到极地微生物驱动生物制造的发展主线，系统梳理了中国在南极、北极和第三极形成的科考平台、连续采样体系及资源积累基础，总结了极地微生物菌株、功能基因与生物合成基因簇、环境耐受模块及潜在工程底盘等关键资源，回顾了从样本采集、菌株保藏到数字序列信息和多组学数据库建设的发展过程，并分析了极地资源在低温工业过程、寒区环境修复与资源循环、高寒农业、高附加值产品开发以及生物冶金和一碳生物制造等方向的应用前景。进一步比较了南极、北极和第三极资源体系的特点与互补性，指出第三极在连续观测、功能验证和场景应用方面具有独特优势。未来应加强极地样本、菌株、基因组、功能表型和环境元数据的系统整合，推动人工智能辅助挖掘、合成生物学重构、自动化生物铸造和非模式底盘开发，促进资源发现、功能验证与工程转化的有效衔接。总体而言，极地微生物资源有望为中国环境治理、低碳转型和生物制造提供新的功能资源与技术支撑。关键词：极地微生物;第三极;生物制造;冷活性酶;环境合成生物学;数字序列信息62|13|0更新时间：2026-07-27
- 摘要：大肠杆菌是常用的重组蛋白表达宿主，但其外膜的内毒素释放可能诱导炎症反应、发热甚至内毒素休克等内毒素相关不良反应，从而限制其在疫苗抗原等医药重组蛋白生产中的应用。本研究旨在构建低内毒素大肠杆菌表达系统，并评估其在猪传染性胸膜肺炎候选抗原重组表达中的应用潜力。以Escherichia coli BL21（DE3）为初始菌株，采用CRISPR/Cas9基因编辑技术对核心寡糖、O抗原组装、类脂A修饰及表面多糖合成相关通路进行改造，构建一系列低内毒素候选菌株。相关基因缺失导致初始菌株出现脂多糖结构组装缺陷、胞外多糖中庚糖含量显著下降、脂多糖条带消失和细胞表面粗糙程度增加等现象，其中低内毒素候选菌株ETF13和ETF15的裂解上清液中的内毒素含量分别下降35%、73%。结合内毒素水平和菌株生长状态，ETF13在低内毒素特征与底盘适用性之间表现出较好平衡，因此被选为后续重组蛋白表达宿主。以4个猪传染性胸膜肺炎亚单位疫苗ApxI、ApxII、ApxIII和OMP为模型蛋白，相比于初始菌株，低内毒素候选菌株ETF13的重组蛋白表达能力相当，纯化后的四个蛋白中内毒素残留含量均下降超过50%。综上所述，以上研究结果证明了这种独特的低内毒素大肠杆菌表达体系为医用蛋白的大规模制备提供了新的底盘选择。关键词：低内毒素大肠杆菌;脂多糖;基因编辑;亚单位疫苗;猪传染性胸膜肺炎85|15|0更新时间：2026-07-23
- 摘要：污染场地中疏水有机物、重金属及新污染物的去除常受界面传质、强吸附和群落稳定性限制，单纯增强降解代谢难以保证场地效果。脂肽类生物表面活性剂兼具高界面活性、低环境负荷和非核糖体肽合成酶（NRPS）介导的结构可编程性，是连接污染物分配、细胞行为和工程部署的关键界面功能模块。本文以“从外源添加剂到可编程界面模块”为主线，综述脂肽结构—功能关系、NRPS装配逻辑、底盘细胞重塑与混菌构建策略，以及在石油烃、重金属、抗生素和农药污染修复中的应用。现有进展表明，脂肽研究的核心已由简单提高溶解度，推进到三类可工程化问题：一是通过调节脂肪酸链长、肽环组成和同系物分布控制临界胶束浓度（CMC）、乳化和络合性能；二是通过原位生成和合成菌群设计同步改善传质、定殖和群落分工；三是通过低劣生物质（如厨余、农业废弃物和工业副产物）供给与泡沫分馏、过程放大及生物安全控制耦合，提升场地部署可行性。未来需围绕可编程脂肽库、数据驱动DBTL循环、场景化剂量窗口和开放环境生物封存建立标准化评价体系，推动脂肽由经验性修复增效因子转化为环境合成生物学中的可设计、可预测和可控制模块。关键词：生物表面活性剂;合成生物学;脂肽;污染物降解;生物修复66|16|0更新时间：2026-07-23
- 摘要：在全球“减糖”消费需求持续增长的背景下，甜味蛋白作为一类不直接参与血糖代谢的功能性蛋白，因其高甜度、优良感官特性及广阔应用前景而受到广泛关注。然而，其产业化应用仍面临生产成本高、蛋白稳定性不足以及甜味感官特征与蔗糖存在差异等挑战。本文系统梳理了索马甜、巴西甜蛋白、莫内林等八种典型甜味蛋白在结构特征、制备方法及甜味受体识别机制等方面的研究进展，综述了底盘细胞工程、表达元件优化及蛋白质工程改造等合成生物学策略在甜味蛋白生物制造中的应用与最新进展。进一步地，本文重点讨论了人工智能在新型甜味蛋白设计、表达量提升、稳定性优化、口感调控以及复杂食品体系适配等方向的创新应用与发展潜力，并探讨了甜味蛋白的技术经济性与产业化可行性，旨在为甜味蛋白的绿色生物制造、智能化设计及产业化开发提供参考。关键词：甜味蛋白;蛋白质工程;法夫驹形氏酵母;绿色智造;人工智能220|24|0更新时间：2026-07-23
- 摘要：真核微藻在绿色制造与生态修复中应用潜力巨大。然而，其产物积累受环境信号影响显著及代谢调控精度不足制约了其产业化应用。本文系统梳理了微藻感知光照、营养、盐度等环境信号的机制，阐述了ROS、Ca²⁺及MAPK级联信号传导网络如何驱动微藻脂质、类胡萝卜素和胞外多糖代谢重编程的研究进展。在此基础上，进一步阐述了CRISPR/Cas定点编辑及CRISPRa/i表达调控等遗传工具在代谢工程中的应用和基于环境信号调控的微藻在废水处理中的潜在应用。现有研究表明，结合人工智能辅助模型，在完善遗传工具的同时利用合生生物学技术将环境响应元件整合入代谢工程设计，构建动态可控的代谢调控网络，实现碳流与能量分配的动态调节，并在规模化条件下保证其可行性已成为突破微藻产业化瓶颈的关键路径和微藻生物制造未来的重要发展方向。关键词：微藻合成生物学;基因编辑;环境响应调控;代谢重编程;高值产物合成66|49|0更新时间：2026-07-08
- 摘要：集成纳米材料优异的光电性能与活体细胞高效的生物转化能力，纳米材料-微生物杂合体在环境修复与资源化利用领域展现出巨大潜力。近年来，材料工程和微生物工程的发展，极大地拓展了纳米材料-微生物杂合体在复杂环境场景中的应用。本文以光生电子的生成、界面电子转移及胞内电子利用为主线，系统阐明了杂合体中在环境修复领域的应用原理；梳理了纳米材料-微生物杂合体在无机污染治理、难降解有机物降解及二氧化碳（CO2）高值化转化中的应用现状；并探讨了环境相容性纳米光敏材料的优化、环境微生物底盘的改造、多物理场耦合等优化策略。此外，本文针对当前纳米材料-微生物杂合体在环境领域应用的局限性进行了批判性评述，并提出了前瞻性的研究方向。关键词：纳米材料-微生物杂合体;界面电子传递;污染物降解;CO2高值化转化254|58|0更新时间：2026-07-01
- 摘要：全球有机废弃物产生量正逐年攀升，而传统处理工艺却难以实现废弃物中碳资源的高效回收与转化。逆β-氧化（RBO）途径作为一类循环型碳链延长平台，凭借其碳原子经济性高、能量输入形式单一、酶学组成精简等优势，其工程化改造为有机废弃物的“碳升级”提供了极具前景的合成生物学路径。现有综述多聚焦于工程化RBO途径的代谢工程改造策略，尚缺乏将其与有机废弃物处理相衔接的策略性视角。本文系统综述了工程化RBO途径的研究进展，涵盖途径移植与模块化重构、碳流重定向、还原力平衡调控及产物谱拓展等代谢工程策略，并分析了针对产物毒性的应对方法。在此基础上，本文进一步勾勒出RBO途径“模式底物—废弃物特征组分—真实复杂废弃物”的递进式研究路线图，并提出以合成共培养体系作为理性设计通向应用落地的衔接桥梁，系统分析了其弥合纯培养与混菌发酵之间鸿沟的潜力与挑战。最后，围绕途径通量精准调控、新型酶挖掘、工业化应用菌株构建和开放环境鲁棒性提升等核心瓶颈，展望了未来将工程化RBO途径从实验室推向有机废弃物高值转化工业应用的研究方向。本文旨在融合合成生物学的设计能力与环境工程的场景认知，为推动工程化RBO途径从模式研究走向废弃物真实场景的高效应用提供理论支撑。关键词：逆β-氧化;链延长;代谢工程;中链脂肪酸;有机废弃物;合成微生物群落;共培养136|73|0更新时间：2026-07-01
- 摘要：自然微生物群落的组成多样性及其互作关系的复杂性、加之受环境与宿主条件动态调控，导致自然形成的微生物群落功能难以实现可预测的定向调控与工程化利用。合成微生物群落（Synthetic Microbial Communities， SynCom）具有明确微生物组成和功能特征，并且按设计规则组装，既可应用于环境污染综合治理、农业增产与医疗健康，也可作为解析生态规律及涌现功能的可控研究体系。随着可培养微生物菌株资源持续增加、菌株资源库不断扩展以及对菌株功能和特性的认识的不断深入，如何利用这些宝贵的微生物菌株资源、在候选菌株集合中定量识别关键互作并完成理性组装，使群落在功能输出与生态稳定性之间达到可预测权衡，已成为合成微生物群落标准化与工程化应用的重要任务和关键挑战。本文提出菌株资源库驱动的互作识别与组装框架：以系统化菌株资源库及标准化元数据为基础，以微生物互作的定量表征为组装规则的核心依据，并融入迭代式设计-构建-测试-学习（DBTL）流程以优化菌群功能—稳定性权衡，支撑个性化应用场景的快速适配。同时，建设菌株、数据与方法的共享基础平台，促进资源互通与定量证据累积，增强跨实验室结果的可比性，并为生物安全评估与规模化转化提供基础支撑。该框架面向污染治理与土壤健康提升等应用需求，推动合成微生物群落从经验试错走向基于定量证据的可预测理性设计。关键词：合成微生物群落;菌株资源库;互作表征;群落组装;设计-构建-测试-学习;定植714|107|0更新时间：2026-06-26
- 摘要：环境污染日趋复杂，传统检测技术存在操作繁琐、检测周期长、灵敏度低且难以实现现场快速检测的局限，常规生物传感器则受限于特异性不足、响应范围窄、稳定性差、抗干扰能力弱等问题，难以满足复杂环境基质中低浓度、多类型污染物的精准检测需求。合成生物学通过对生物元件开展基因回路与逻辑调控设计，组装生物功能器件与模块，实现生物传感器从天然被动响应到工程化、可编程人工构建的转变，定向调控传感器的灵敏度、特异性与响应动态范围，拓展待测污染物靶点种类，为高性能生物传感器的开发提供变革性技术工具。本文系统阐述合成生物传感器“感知—转导—输出”的模块化原理与核心组成，介绍识别元件、信号放大、输出方式及全细胞、无细胞、基因回路三类系统形式。重点综述其在重金属、有机污染物、抗生素、内分泌干扰物、微塑料等环境污染物检测中的应用进展，分析多污染物协同检测与智能传感集成趋势，最后提出该技术当前面临基质干扰、元件标准化不足、生物安全及成本等挑战，并对未来发展方向进行展望。关键词：合成生物学;生物传感器;污染物;环境检测;全细胞生物传感器;无细胞生物传感器92|41|0更新时间：2026-06-23
- 摘要：当前全球环境污染呈现传统污染负荷居高不下与新污染风险持续凸显的复合特征。即时、原位、精准的环境污染物检测是评估生态风险、制定治理策略的关键。传统分析方法受设备昂贵、操作繁琐、分析周期长等限制，难以满足现场监测与大规模环境筛查的需求。基于合成生物学的生物传感器通过基因回路设计、蛋白质工程、功能模块组装等手段，可特异性识别污染物并将其浓度信息转化为可量化的理化信号，兼具高效、便捷与低成本等优势，为环境监测提供了创新手段。本文梳理了合成生物传感器的主要类型与工作原理，着重阐述其在重金属、无机非金属、有机物及病原微生物检测中的研究进展。同时，探讨了此类技术在追踪污染物的降解转化、空间分布、介质迁移、毒理效应等环境动态过程中的应用潜力，总结了其在实际应用中的优势与挑战。最后，本文展望了未来该领域需强化与人工智能、功能材料等多学科交叉，着力突破识别谱系有限、元件稳定性不足等瓶颈，为生态环境风险的精准预警与智能化管控提供关键技术支撑。关键词：合成生物学;生物传感器;传感机制;环境污染物;环境监测77|44|0更新时间：2026-06-23
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