微生物细胞工厂的设计构建：从诱变育种到全基因组定制化创制

袁姚梦，邢新会，2，张翀

（1 工业生物催化教育部重点实验室，清华大学化工系生物化工研究所，清华大学合成与系统生物学研究中心，北京100084； 2 清华大学深圳国际研究生院生物医药与健康工程研究院，广东 深圳 518055）

以石油等不可再生化石资源为原料的传统制造业面临着“高能耗、高污染、高排放”等严峻挑战，亟需通过生产原料、加工过程和产品创制的绿色变革，实现未来的可持续发展。绿色生物制造以可再生资源为原料，利用生物催化和转化过程，实现高附加值产品的绿色制造，由于其能够实现工业制造模式从“末端治理”到“源头控制”、从“低端产品”到“高值化转化”的转变，成为推动生物经济发展的重要路径之一。

微生物细胞工厂（microbial cell factories，MCFs）是绿色生物制造的核心环节。利用微生物强大且多样的生化反应网络，通过对代谢路径的重塑和工程化，可以将微生物细胞改造为能够以低价值可再生资源为原料生产各类产品的MCFs。从青霉素［1］、谷氨酸［2］、乙醇、1，3-丙二醇［3］、法尼烯［4］到阿片类药物［5］等生物合成 MCFs 的成功开发，展示了MCFs 合成高附加值化学品的巨大潜力。迄今为止，MCFs 已能够生产抗生素、氨基酸、重组蛋白、生物能源［6］、生物塑料乃至“人造肉”，被广泛应用于制药、食品、能源和农业等领域［7-12］。

MCFs 的构建策略经历了不同的历史阶段。在20 世纪90 年代之前，主要通过天然微生物的筛选和非理性诱变育种技术获得目标产物高产菌株。这种将随机突变和定向筛选相结合的策略在工业菌株的开发上已经有诸多经典成功案例［13-15］。……