青島能源所微生物代謝工程團隊（http://mme.qibebt.ac.cn/）長期致力于藍細菌代謝工程和合成生物學研究，以發展光合生物制造技術體系為導向，系統應用合成生物學和代謝工程技術手段，開發藍細菌光合細胞工廠新型設計原則和構建策略，成功打通了蔗糖、乙醇、乙烯、脂肪醇、脂肪烴等能源和化工產品的光合合成路線，并在Energy & Environmental Science、Metabolic Engineering、Biotechnology for Biofuels以及Applied and Environmental Microbiology等期刊上發表了系列論文。近期，研究團隊在生物技術領域重要綜述期刊Biotechnology Advances上發表了題為“Tailoring cyanobacterial cell factory for improved industrial properties”的論文，介紹了關于藍細菌光合細胞工廠開發的新視角。

　　近年來，微生物代謝工程團隊在推動藍細菌光合生物制造技術規?；瘧玫倪^程中發現，盡管實驗室條件下工程藻株光合合成天然或非天然代謝產物的能力可以得到極大提升，其規?；瘧脜s在技術性和經濟性兩個層面上受到諸多限制?；谡w成本和效益比的考慮，理想中的規?；夂仙镏圃鞈撃軌蛟趹敉?、開放式環境中進行，以自然光、經過簡單處理的海水甚至工業污水和工業廢氣為主要原料，培養得到的生物質和目標產品的采收和提取也應該盡可能的便捷、快速以及低成本化。而實際情況是，面臨遠比實驗室條件嚴苛的高溫、高光脅迫以及晝夜循環條件下光照-溫度-碳源供給的波動變化等條件下，藍細菌細胞工廠難以維持目標產品的穩定合成；面臨培養體系中的高鹽、高堿以及潛在的生物污染條件，現有的藍細菌底盤藻株的生理適切性和魯棒性甚至都難以滿足穩定培養的要求；同時，工業規模培養條件下，藍細菌細胞生物質采收和目標產品提取都極為耗能且工藝復雜，從而極大地降低了整個技術鏈條的成本競爭力。

　　針對上述情況，微生物代謝工程團隊在綜述中系統性地提出了聚焦藍細菌光合細胞工廠開發工業過程導向的代謝工程新觀點（Industrial Process Oriented Metabolic Engineering, iPOME）。要實現藍細菌光合生物制造技術的規?；瘧?，需要提升光合細胞工廠與工業過程和工藝體系的兼容性與適配性，特別是藍細菌底盤藻株和工程藻株工業應用特性的針對性優化。研究團隊從以下幾方面總結了近期的相關研究進展，并對未來發展方向進行了分析與展望：1）改造藍細菌以克服晝夜交替條件的限制，實現穩定、持續的細胞生長和產物合成；2）改造藍細菌以提高藻株適切性和魯棒性，實現逆境脅迫下的穩定光合生長和產物合成；3）改造藍細菌細胞采收特性，實現生物質和光合產品的便捷、低成本的采收過程。綜述論文最后提出，隨著對藍細菌生理活動和代謝機制的深入認識，以及各種高效、精確基因組編輯手段的發展完善，新一代具有良好工業應用特性的藍細菌光合細胞工廠將能夠成功“定制”，并極大的促進光合生物制造技術的規?；瘧?。

　　本綜述論文和相關系列研究得到國家自然科學基金委杰出青年基金、國家自然科學基金委中德合作研究項目、山東省自然科學基金重大基礎研究項目、中科院重點部署項目等的資助。（文/圖 欒國棟）

　　原文鏈接：

　　Guodong Luan, Xuefeng Lu. Tailoring cyanobacterial cell factory for improved industrial properties. Biotechnology Advances, 2018, 10.1016/j.biotechadv.2018.01.005.

　　http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734975018300053

                          藍細菌光合生物制造技術規?；瘧眠^程中的技術性和經濟性挑戰