合成生物学（工程生物学）是生命科学领域的一门新兴交叉科学，被认为是理解生命的新钥匙（造物致知）和未来的颠覆性技术之一（造物致用）。

为进一步加强国内外合成生物学领域的交流合作，提高我国在合成生物学领域的国际地位，推动国内生物产业蓬勃发展， 2023 年 4 月 27-28 日第四届工程生物创新大会、第二届中国合成生物学学术年会、首届亚洲合成生物创新大会将在深圳光明科学城启幕，为推动中国与亚洲合成生物科学与产业发展提供交流平台，为加速深圳合成生物产业发展集聚贡献力量。

以下是江南大学至善学院院长、教授刘立明在第四届工程生物创新大会上的精彩致辞，由云现场整理。

各位老师，感谢组委会给的机会，也感谢邀请汇报。我们实验室从2018年开始，主要从事生物基塑料单体的研究，我们从3个方面进行汇报：

研究背景关键科学问题：生物基的定义是通过生物质为原料和生物制造得到的聚合生物材料。按照生物基的活性症状的行业调研报告里面包括生物基的复合材料、生物基涂料、生物基纤维，今天我们讲生物基的聚合物。数据显示全球生产从当前242万吨到2026年会增长到759万吨的规模，生物可降解占到64%。

如果把生物基分成三类：非生物级可降解、可降解、不可降解，把所有生物基塑料的合成抽出来看，主要涉及到四个酸：戊酸、丁二酸、戊二酸、己二酸；三个醇：丁二醇、丙二醇、戊二醇

整个生物基材料的市场价格，这是我们最近查的2023年3月份的数据，成本都是比较高的。如何开发高效廉价的生物基材料，这成为碳中和的重要手段。我们国家201之年出台政策鼓励生物法生产生物基材料单体，生物基材料单体是用生物质为原料，通过微生物细胞或者酶的催化功能进行转化。

生物基材料单体国内很多团队都在做，丁二酸，除了我的团队在做国外也在做，以及乙二酸，这是相关的数据。现在整体而言生产成本是高比较高的。

在生物基微生物发展生物基材料面临三个的问题：

1、如何利用廉价的底物；

2、提高材料单体的合成效率；

3、优化细胞活性。

我们的酸、醇、氨对细胞是有毒性的。廉价底物设计方面主要是设计底物利用途径、强化底物利用能力、优化底物转化过程等。在设计底物途径里面主要涉及5个方面：本源路径挖掘、设计人工路径、构建混杂路径、建立正交路径、耦合路径。

强化底物利用能力方面主要涉及到利用生物跟化学相结合，对底物进行解聚，以及扩展底物。

优化底物转化过程方面，二氧化碳现在是最热门的研究领域，包括二氧化碳以及糖的转化，以及促进转运功能的提升。

举个例子，转化环乙烷合成乙二酸，在假单胞菌中，人工设计六酶的环乙烷。单体合成效率提高方面，我们主要是强化路径关键酶的性能，优化合成路径的效力，以及调节细胞代谢网络，三个纬度对提高细胞工厂的合成效率。

关键酶有几个，第一个通常说的是在自然界中不断寻找最优的酶；第二已有的酶进行改造，热稳定性、PH稳定性进行改造；第三个酶的固定化，以及对酶的循环利用，能够使得它双准双酶，实现高效转化。这些都是通用的强化酶的策略。

我们通常代谢工程所有专家都在做的表达水平的优化，代谢分工设计、降低路径能耗、缩短空间距离、强化前体供给、动态路径强化。

调节细胞网络里面，靶点鉴定、细胞生长领域、代谢驱动设计、转录因子工程、氧化还原平衡、降低代谢溢散。

增加拷贝数，通过六个基因进行拷贝素的优化，把戊二酸提成效率提升到73克每升。

在所有优化提升里面，最核心的是渗透、胁迫，主要讲酸碱、渗透、代谢物胁迫。酸碱胁迫里面一个方面是防止二氧化碳溢出对PH的稳定，以及细胞膜是隔开细胞的内环境与外环境的屏障，对细胞膜皮要厚，强化膜的流动性和通透性。酸来说是强调质子的转运，增强抗酸基因。

在渗透胁迫里面通过我们自己的实验室，以及ME文章来看，所有的耐受都涉及到渗透胁迫，渗透胁迫成为过程中间很重要的一个机制，这里面主要是表达外排、转间蛋白、转录因子、增加保护剂、筛选突然毒株，引入耐受通路。

对于酸、碱、产物的耐受性，通常做的就是适应性进化，通过高通量筛选技术、细胞诱变技术。右边技术是最有效的，但是研究生不太爱做的技术。原位产物分离，就是把细胞从产品里面分离出去。

利用HypB、HypC，提高毒株在D-乳酸胁迫下的生存能力。

全局转录因子IrrE，提高大肠杆菌渗透保护剂的合成和渗透耐受性。

讲讲我们江南大学课题组的做的工作。设计重组酶控制开关，调控电子传递链和琥珀酸的还原力流向。160小时做到150克每升的数据，这是丁二酸。戊二酸设计了一个新酶，120千焦每摩尔。己二酸做了很多年，搞不定。

对产业最重要的是这张表：

在戊二酸、己二酸还在大肠杆菌里面开发，还没有走通。乙酸丁二醇逐渐拉通，乙酸丙二醇花了3年的时间，发酵40小时产量130克，糖醇转化率可以达到0.428/g。

我的汇报到这里，敬请批评指正。