随着"绿色发展"理念的不断深入，"绿色生物制造"逐渐成为下一代制造业转型的主要方向。
合成生物学技术带来了更高效的生物制造过程，产品包括氨基酸，抗生素，聚合物材料，可再生化学品，高价值天然产品，医药中间体等，几乎涵盖了日常生活的方方面面。
通过挖掘遗传成分，优化基因系和修饰底盘细胞，合成生物学家可以"自下而上"，功能导向，合成工程微生物，并不断修改它们以获得更精简的发酵途径和更高产的"细胞工厂"。
"我一直从事微生物育种和发酵研究，合成产品是天然微生物合成的，而且采用传统育种技术盲目太大，很难选择高产菌株。为此，我想知道现代基因工程技术是否可以用来使微生物合成以前无法合成的产品。然后优化路径以提高其产量？中山大学生命科学学院合成生物学研究所所长、中山大学生物制药中心副主任刘建忠教授在接受盛辉SynBio采访时表示。
照片提供：刘建忠（来源：受访人）
刘建忠是我国最早开始研究合成生物学的学者之一，早在2006年他的团队就尝试将外源基因簇引入大肠杆菌中，并产生了辅酶Q10、番茄红素、β-胡萝卜素、玉米黄质、虾青素等物质。
目前，刘建忠的主要研究方向是高价值天然产物，主要包括两大类：一类是具有强抗氧化、抗菌等活性芳香族化合物，另一类是类胡萝卜素。
< h1级"pgc-h-right-arrow"数据跟踪""15">合成生物学智能育种</h1>
在合成生物学育种技术发展成熟之前，传统育种技术似乎有很大的"运气"成分，无论是自然选择还是诱变育种，由此产生的物种都有可能进化或退化，效率较低，杂交育种可以积累优势突变，但其操作复杂，因此无法大规模应用。
刘建中教授提到的上述问题，现在是合成生物学的应用思想之一。在掌握底盘细胞基因组信息的基础上，对相应的基因簇进行调整，与单点基因编辑不同，合成生物学的基因编辑技术往往是增加、添加、删除和减少一个基因系，甚至引入外部来源的基因簇，从而调整或赋予底盘细胞的某些功能它们所不具备的功能。
（资料来源：细胞）
合成生物学带来了比传统微生物育种方法更智能的育种。
截至目前，刘建中的团队已经建立了几个国际领先的微生物细胞工厂，利用微生物分子育种技术，结合代谢工程、合成生物学和系统生物学，生产萜烯和芳香化合物。
细胞工厂是合成生物发酵技术的最终形式，主体是工程微生物的转化。工业电池工厂强调转化率、生产率和产量等指标，因此围绕底盘电池的优化研究也是行业关注的焦点。
< h1级"pgc-h-right-arrow"数据轨道""73">提高底盘单元的能量利用率</h1>
底盘细胞的转化涉及许多方面，如减少非必需基因的表达，减少内源性细胞消耗，降低产物对细胞的毒性等。
4月，Liu的团队在《生物燃料生物技术》上发表了一篇文章，通过设计和修改底盘电池来提高细胞能量利用率，即生物合成过程中的ATP和NADPH利用率，最终提高了目标产品的产量。
细胞中的生物合成反应不能脱离COEN因子（如ATP和NADPH）的参与，并且在底物足够的情况下，ATP等成为生物反应的限速步骤。
本研究的目标产物是4-羟基苯乙酸（4HPAA），一种有价值的天然芳香族化合物。在底盘细胞中，1 mol 4HPAA的合成需要2 mol ATP和1 mol NADPH的参与来研究ATP和NADPH，旨在减少其他生物反应的消耗，同时专注于4HPAA生产中的主要反应。
为此，该研究使用CRISPR干扰技术来沉默80个NADPH消耗量和400个ATP消耗基因，并筛选不影响细胞存活并增加4HPAA产生的基因。然后可以敲除这些基因以进一步提高产量，但缺乏某些必需基因可能导致细胞营养不良。
因此，该研究引入了群传感系统，使必需基因的表达随细胞数而逐渐下降，最后经过这一系列修饰，4HPAA收率高达28.57g/L，收率27.64%（mol/mol），均高于文献中最高报道值。
这一系列方法在文章中被命名为CECRiS（基于CRISPR筛选的辅因子）。
"这种方法也可用于其他高附加值的产品合成，因为大多数生物合成过程消耗ATP和NADPH并且需要酶参与，因此可以通过这种过程进行优化，这更通用。刘补充说。
刘还透露，在他最新的研究中，通过使用无细胞系统合成4HPAA，产量可以翻倍。
他解释说，"无细胞合成生物学是近年来发展起来的一种合成生物学技术，针对高毒性、外部途径不适、传质限制、副产物竞争途径等产品的存在，利用活细胞产量低，无法实现产业化，利用无细胞合成可以避免活细胞合成的上述缺陷， 可能是一条更好的合成路径。"
<H1级"pgc-h-right-arrow"数据跟踪""74">需要政策推动工业化</h1>
去年，刘建忠成为国家重点研发计划合成生物学专项"鲁棒性人工基因组分的设计原理与应用"题4（健壮人工基因组分的整合与应用）负责人。
刘说，合成生物学的目标之一是标准化和模块化无线电等生物组件，使它们更容易被任何人访问和访问。这一重点是建立健壮的微生物细胞工厂，使细胞携带合成的生物成分，装置在大规模工业生产过程中能发挥稳定的作用。
照片：细胞工厂（来源：自然）
刘建中认为，在当前"绿色生物制造"的需求下，散装API和散装化学品的生物制造路线是一个相对容易转化的应用领域，因此一些省级项目也主要围绕这两个行业进行设计。
"在国家重点研发项目和各级政府研究项目的支持下，一些学者已经建成了可以产业化的微生物细胞工厂，我的研究成果目前正在与企业进行产业化研发。
同时，他还指出，"国内合成生物学取得了显著成效，特别是在'知识创造'方面，其中一些已经处于国际领先地位。但在"创造与利用"方面，特别是在工业化和欧美发达国家方面还存在较大差距。"
"在食品和食品添加剂方面，国内没有允许生产许可证的法规，从而限制了它们的工业化。现在越来越多的微生物菌株被合成生物学构建，只有解决这些问题，该技术才能尽快应用于实际生产。"
"好消息是，该领域的人们已经意识到了这个问题，并且正在向前迈进，但这需要一些时间。