盘点：合成生物学重要研究成果解读

合成生物学（synthetic biology），最初由Hobom B.于1980年提出来表述基因重组技术，随着分子系统生物学的发展，2000年E. Kool在美国化学年会上重新提出来，2003年国际上定义为基于系统生物学的遗传工程和工程方法的人工生物系统研究，从基因片段、DNA分子、基因调控网络与信号传导路径到细胞的人工设计与合成，类似于现代集成型建筑工程，将工程学原理与方法应用于遗传工程与细胞工程等生物技术领域，合成生物学、计算生物学与化学生物学一同构成系统生物技术的方法基础。

合成生物学是生物科学在二十一世纪刚刚出现的一个分支学科，近年来合成生物物质的研究进展很快。合成生物学与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造的办法不同，合成生物学的研究方向完全是相反的，它是从最基本的要素开始一步步建立零部件。

1. Nature：首次发现马钱子植物中的番木鳖碱生物合成途径

在一项新的研究中，来自德国马克斯-普朗克化学生态研究所的研究人员揭示了植物马钱子（Strychnos nux-vomica）中形成番木鳖碱（strychnine，也译为士的宁，马钱子碱）的完整生物合成途径。他们确定了参与番木鳖碱和其他代谢物的生物合成的所有基因，并在模式植物本氏烟草（Nicotiana benthamiana）中表达了这些基因。

发现达波灵碱、番木鳖碱和二甲马钱子碱生物合成途径，图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04950-4。

阐明植物代谢产物的生物合成，并将具有医学意义的植物化合物形成的遗传基础应用于模式植物的生物技术研究是很有前途的研究领域。这项新的研究为利用“代谢工程（metabolic engineering）”方法生产以前未知的植物天然产物提供了新的可能性（Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04950-4）。

2. Nature子刊：全合成17种结构多样性的pleuromutilin类抗生素

在一项新的研究中，来自美国耶鲁大学的研究人员报道了一种通用的全合成路线，能够高效合成17种结构多样性的pleuromutilins类抗生素。这种全合成路线采取的关键反应包括：1）以乙烯基Wolff重排为关键反应构建C9位季碳立体中心；2）以非对映选择性丁炔基化构建C14位二级醇羟基；3）以exo-选择性镍催化还原环化构建8元环。

此外，这些作者通过生物活性研究确定这17种pleuromutilin类抗生素的构效关系。他们后期将进一步开展结构修饰，以期解决长期存在的口服利用低和代谢稳定性问题（Nature Chemistry, 2022, doi:10.1038/s41557-022-01027-7）。

3. Nature：我国科学家开发出用于非天然产物手性合成的“三重态光酶”

在一项新的研究中，来自我国华中科技大学研究和西北大学的研究人员通过将有机合成、基因工程、蛋白质工程、酶理论计算和结构生物学等交叉学科的前沿理论和技术结合在一起，将二苯甲酮类三重态光敏剂定点插入到特定蛋白的手性空腔中，构建出含非天然光催化活性中心的人工“三重态光酶（triplet photoenzyme）”。这种人工三重态光酶具有能量转移催化的非天然功能和作用机制，能催化底物从分子基态跃迁到激发态发生光反应，从而高效催化吲哚衍生物的分子内[2+2]光环加成反应，产生高度张力环丁烷稠合的多环吲哚啉分子，并获得大于99%的单一手性异构体（Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05342-4）。

他们开发的人工三重态光酶集成了化学光催化剂的高效反应性和生物催化剂的精准选择性两者的优势，为有机分子激发态反应的手性选择性调控提供了有效的手段，也从根本上拓展了酶催化的反应类型。

4. Science：我国科学家开发出一种合成牙釉质，其性能类似于天然牙釉质

几千年来，人类一直在努力防止蛀牙，远远早于牙科领域的出现。虽然已经取得了很多进展，但有一个主要领域的进展却滞后了---当牙釉质受损或开始磨损时，可以对它进行替换。在这项新的研究中，这些作者构建出一种牙釉质类似物，并指出有一天可以用它来补充人类牙齿中的牙釉质。

天然牙釉质和合成牙釉质交叉方向的透射电镜图像和高分辨透射电镜图像，图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abj3343。

在一项新的研究中，来自中国北京航空航天大学、北京大学口腔医学院和美国密歇根转化纳米技术研究所的研究人员开发出一种合成牙釉质（synthetic enamel），其特性类似于天然牙釉质。他们将这种合成牙釉质应用到各种形状的牙齿上，包括人类的牙齿，然后测试它的性能如何。他们发现它有很高的刚度，很坚固，也有轻微的弹性。他们还发现，在大多数测试中，这种合成牙釉质的性能优于天然牙釉质（Science, 2022, doi:10.1126/science.abj3343）。

这些作者计划继续测试他们的材料，以确保它能经受住严酷的环境，比如人类口腔中的环境。他们还必须证明它在人类身上使用是安全的，并且可以进行大规模生产。他们指出，如果他们的合成牙釉质通过了所有这些测试，那么它可能不仅仅用于牙科。他们提出它可能用于包裹心脏起搏器，或支撑因使用或疾病而遭受损坏或侵蚀的骨骼。

5. Science：在体外成功合成潜在的抗生素---黑莫他丁

由一种土壤细菌产生的黑莫他丁（himastatin）在20世纪90年代首次被发现。在动物研究中，它被发现具有抗癌活性，但所需的剂量有毒副作用。这种化合物还显示出潜在的抗菌活性，但这种潜力还没有被详细探索。

黑莫他丁是一种复杂的分子，由两个相同的称为单体的亚基组成，它们结合在一起形成二聚体。这两个亚基通过一个碳-碳键连接在一起，该碳-碳键将一个单体中的一个六碳环连接到另一个单体中相同的环上。这个碳-碳键对于这种分子的抗菌活性至关重要。在以前合成黑莫他丁的研究工作中，科学家们曾试图首先使用两个简单的亚基来制造该碳-碳键，然后在单体上添加更复杂的化学基团。

对黑莫他丁的生物发生与我们的生物诱导合成策略进行比较。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abm6509。

在一项新的研究中，来自美国麻省理工学院的研究人员利用一种新的二聚化策略，不仅能够制造黑莫他丁，而且能够产生这种分子的变体，其中一些变体也显示出抗菌活性。他们还发现，这种化合物似乎通过破坏细菌的细胞膜来杀死细菌。他们如今希望能设计出其他可能具有更强抗生素活性的分子（Science, 2022, doi:10.1126/science.abm6509）。

6. Cell：合成基因元件的跨物种表达有助发现人类微生物组衍生性的代谢物

超过60%的药物，包括抗生素和癌症治疗药物，都来自于由代谢基因编码的小分子形式的天然产物。这些分子通常形成复杂的化学结构，而且是在包括细菌、植物和人类在内的多种生命形式中经过数十亿年的进化而形成的。然而，使这些结构成为可能并因此维持生命的数十万个遗传途径在很大程度上仍未得到探索，部分原因是不同物种之间的遗传和分子相互作用的变化的极其复杂性。

然而，在一项新的研究中，来自耶鲁大学的研究人员利用计算生物学和DNA合成技术构建出由他们开发的计算机辅助设计软件产生的“合成基因元件（synthetic genetic element，SGE）”，并利用所产生的SGE重新设计了遗传途径：基因及其调控区域，使它们能够在包括革兰氏阴性菌和、革兰氏阳性菌和真核生物在内的各种宿主有机体中表达，从而将生物合成能力与宿主范围的限制脱钩，激活沉默的遗传途径，基于此，他们确定了它们的分子功能（Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.03.008）。

图片来自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.03.008。

利用这种新的工具，这些作者能够发现人类微生物组的一种遗传途径如何编码一类以前未知的核苷酸代谢物，他们称之为tyrocitabines。tyrocitabines具有显著的正酯磷酸盐特征，抑制翻译活性，并招募了意想不到的生物合成机制，包括一类“Amadori合酶”和“abortive”tRNA合成酶。他们报告说，这类代谢物抑制了翻译活动，并与其他几十种尚未发现的遗传途径有关。

如今，这些作者正在努力扩大对这一新发现的使用，以最终探索数以千计的以前未知的遗传途径，这些遗传途径可能解释这类代谢物在自然界的作用并产生可能的治疗效果。

7. Science：开发出一种更有效合成河豚毒素的新方法

河豚毒素（tetrodotoxin, TTX）因与河豚有关而广为人所知---不过河豚并不制造这种毒素；它是由感染这种鱼的细菌生物合成的。自发现以来，TTX一直被作为生物科学界的一个学习工具。它也一直是镇痛研究的主题---如果能够找到一种方法来控制这种化学物在体内的应用，它就可能被用来消除神经活动，从而导致麻木和无痛。

由于TTX的效力以及它在破坏神经元活动方面可以发挥的作用，科学家们对TTX产生了极大的兴趣。他们已经投入大量精力在实验室中重新合成它。但是，由于这种化学物是如此复杂，它需要多年的研究工作---直到1972年才设计出一种方法。不幸的是，该方法相当复杂，涉及进行25至67个步骤。它的效率也很低，产率仅为1%。

河豚毒素化学结构图，图片来自欧洲专利EP1645277A1。

在这项新的研究中，这些作者重新思考了其中的一些步骤，并找到了一种方法，将步骤减少到22个，并将效率提高到11%。减少步骤的数量减少了所涉及的时间和成本，他们指出，他们的过程可以放大到制造标准。他们还指出，该过程中使用的反应是相当通用的，这意味着它可能被用来制造TTX衍生物，这些衍生物也许毒性更小，更有用（Science, 2022, doi:10.1126/science.abn0571）。

8. Nature：利用细菌构建出模拟活细胞结构和功能的合成细胞

在一项新的研究中，来自中国上海交通大学、英国布里斯托大学和法国国家科学研究中心的研究人员利用细菌的潜力来帮助建立先进的合成细胞来模拟真实生命的功能。他们在构建称为原细胞（protocell）的合成细胞方面取得的重要进展可以更准确地模拟活细胞的复杂组成、结构和功能（Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05223-w）。

从自下而上的合成生物学和生物工程到生命起源研究，在原细胞中建立真实的功能是一个跨越多个领域的全球性重大挑战。以前使用微胶囊建立原细胞模型的尝试已经失败了，因此科学家们转向细菌，使用活体材料组装过程建立复杂的合成细胞。

共捕获的菌落在凝聚微液滴中的分布和活力。图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05223-w。

这些作者展示了一种利用充满活细菌的粘性微液滴作为微型建筑场地来构建高度复杂的原细胞的方法。在第一步中，他们将空液滴暴露于两种类型的细菌：一个细菌群体自发地被捕获在这些液滴内，而另一个细菌群体则被困在液滴表面。然后，这两种类型的细菌都被消灭，这样释放出的细胞成分仍然被困在液滴内部或表面，从而产生含有数千个生物分子和机械零件的膜包覆的细菌性原细胞（bacteriogenic protocell）。他们还发现，这些原细胞能够通过糖酵解产生富含能量的分子（ATP），并通过体外基因表达合成RNA和蛋白，这表明遗传的细菌成分在这些合成细胞中保持活性。

为了进一步测试这种技术的能力，他们采用了一系列的化学步骤，从结构和形态上重塑这些细菌性原细胞。释放出来的细菌DNA被凝聚成一种类似细胞核的结构，而且液滴内部浸润着类似细胞骨架的蛋白丝网络和有膜的水泡。

9. JACS：成功合成在澳大利亚刺树中发现的抗癌化合物moroidin及其类似物

称为金皮树（Dendrocnide moroides）的澳大利亚刺树（stinging tree）是一种许多人不惜一切代价也要避免的植物。这种树是荨麻家族的成员，它覆盖着薄薄的硅针，上面有自然界最令人痛苦的毒素之一，即一类叫做moroidin的化合物。除了引起疼痛，这种化合物还能与细胞的细胞骨架结合，阻止它们分裂，这使得moroidin成为有希望的候选化疗药物。

图片来自Journal of the American Chemical Society, 2022, doi:10.1021/jacs.2c00014。

在一项新的研究中，美国怀特黑德研究所成员Jing-Ke Weng和前博士后Roland Kersten提出首个在无害植物（比如烟草）的组织中生物合成moroidin的公开方法，促进了该化合物用于癌症治疗的研究。他们合成了一种名为ceologentin C的moroidin类似物。他们测试了它对人类肺癌细胞系的抗癌活性，并发现该化合物对癌细胞具有毒性。他们的新研究还提示着，除了抑制微管蛋白外，它还可能具有针对这种肺癌细胞系的新的抗癌机制（Journal of the American Chemical Society, 2022, doi:10.1021/jacs.2c00014）。

10. Acta Pharm Sin B：Rumbrins的生物合成及其对发现HIV抑制剂的启示

研究自然界如何在基因水平上产生具有化学和生物多样性的天然化合物，为发现新的天然产物甚至其生物靶标提供了灵感。聚酮鲁布林是一种脂质过氧化生成和钙积累的抑制剂，它含有氯化的吡咯部分，这是真菌天然产品中罕见的化学特征。在一项新的研究中，来自中国医学科学院和北京协和医学院的研究人员研究通过异源表达、化学互补和同位素标记等手段，鉴定了牛膝DSM3193的生物合成基因簇(BGC)rum 1及其异构体12E-umbrin，并阐明了它们的生物合成途径（Acta Pharmaceutica Sinica B, 2022, doi:10.1016/j.apsb.2022.02.005）。

他们发现Rumbrins是由一种高度还原的聚酮合成酶(HRPKS)组装而成的，它独特地结合了一个由脯氨酸衍生的吡咯基CoA存储单元，然后经过甲基化和氯化。序列前体引导的生物合成能够产生一组伦布林类似物。值得注意的是，他们在药理学上证明了Rumbrins将在纳摩尔水平上成为HIV的有效抑制剂。

11. Nature：首次成功地利用经过重编程的酵母合成抗癌药物长春碱

在2019年的夏季和秋季，一些癌症患者的治疗出现了中断。原因是药物长春碱（vinblastine）和长春新碱（vincristine）的短缺，它们是治疗几种类型癌症的基本化疗药物。这两种药物是从马达加斯加植物长春花（Catharanthus roseus）的叶子中分离出来的，目前还没有替代品。该植物的两种活性成分---文多灵（vindoline）和长春质碱（catharanthine）---一起形成了可以抑制癌细胞分裂的长春碱。

strictosidine-β-D-glucosidase (SGD)在酵母中的功能化。图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05157-3。

在一项新的研究中，来自丹麦技术大学、美国劳伦斯伯克利国家实验室、加州大学伯克利分校和中国科学院深圳先进技术研究院等研究机构的研究人员对酵母进行了基因工程改造，以产生文多灵和长春质碱。他们还成功地提纯了这两种前体，并将它们结合起来，形成了长春碱。因此，他们发现了一种新的合成方法来制造这些药物（Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05157-3）。

12. Cell：新研究成功构建出一种由100多种细菌物种组成的合成肠道微生物组，有望开发出微生物组疗法治疗一系列疾病

在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学的研究人员建立了最复杂和明确定义的合成微生物组（synthetic microbiome），构建出一种由100多种细菌物种组成的细菌群落，并成功将地它们移植到小鼠体内。添加、移除和编辑单个细菌物种的能力将使科学家们更好地了解微生物组与健康之间的联系，并最终开发出一流的微生物组疗法（Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.08.003）。

他们选择了大约20%的人类微生物组计划受试者中存在的细菌菌株，然后在体外构建并表征了一个由104种细菌组成的特定菌群，他们称其为hCom1（human community one）。随后，他们在三次粪便移植中至少两次发现了22种新的细菌菌株，主要来自厚壁菌门（Phylum Firmicutes）或另枝菌属（Alistipes），他们将这些菌株添加到hCom1中，并移除那些未能在小鼠肠道中定植的细菌，然后形成了一个由119种菌株组成的新合成微生物组（hCom2）。hCom2比hCom1更类似于粪便微生物组的混合体，并且具有更强的定植抗性。

13. Nat Commun：揭示自然界中阿卡波糖的完整生物合成途径

作为一种重要的2型糖尿病药物，阿卡波糖（Acarbose）由拜耳公司开发，自1996年以来一直在市场上销售。阿卡波糖来自土壤中的细菌，但直到现在它的生物合成途径还不为人所知。根据国际糖尿病联合会的统计，2型糖尿病影响着全球近5亿成年人。

放线菌SE50/110中阿卡波糖的生物合成。图片来自Nature Communications, 2022, doi:10.1038/s41467-022-31232-4。

在一项新的研究中，来自美国俄勒冈州立大学的研究人员解释了阿卡波糖是如何在自然界中制造的，这为通过生物技术改进生产打开了大门。这一发现特别重要，因为全球对这种药物的需求正随着2型糖尿病的发病率而上升（Nature Communications, 2022, doi:10.1038/s41467-022-31232-4）。

这项新的研究不仅揭示了这种高价值药物是如何在自然界中制造的，而且还为进一步改进阿卡波糖的工业生产提供了一个平台---例如，通过修改这些生产性的细菌的DNA或通过其他生物技术方法。这意味着从科学和工业的角度来看，了解其完整的生物合成途径是非常重要的。

14. Nature：发现一种新的海洋细菌家族，它们具有合成新的天然产物的巨大潜力

在一项新的研究中，来自瑞士联邦苏黎世理工学院和西班牙国家研究委员会海洋科学研究所（ICM-CSIC）等研究机构的研究人员揭示了一个新的海洋细菌家族的存在，而且这个海洋细菌家族的遗传能力通过它们的基因组中大量的生物合成基因簇（biosynthetic gene cluster, BGC），可能具有许多生物技术应用（Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-O22-04862-3）。该海洋细菌家族属于Eremiobacterota门，在此之前还被认为只存在于陆地环境中。然而，根据这项新的研究，这些细菌也存在于海洋中。

这是通过分析塔拉海洋（Tara Oceans）考察期间收集的1000多个水样发现的。这些作者总共确定了7000多个BGC家族---其中大部分是以前未知的---可用于合成生化化合物和改进生物技术过程，以及其他应用。

15. Cell：中法科学家携手打破生物分类边界，实现细菌合成细胞器

在一项新的研究中，来自中国和法国的研究人员首次在细菌中人工合成细胞器：利用一种类似“搭积木”的模块化构建方法，他们设计的核酸分子能够自组装成液态的亚细胞结构，并募集指定的蛋白，进而形成各种具有预设功能的合成细胞器（Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.09.016）。

图片来自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.09.016。

构建合成细胞器的技术能够为我们在空间尺度上改造工程菌提供一项灵活、有效的底层工具，在生物合成与制造方面提高产量、降低损耗。此外，细胞器的正常活动会影响很多药物的靶向性，其功能失常也会造成严重的遗传性疾病，细菌合成细胞器也能够提供一个背景清晰的环境，用于研制靶向细胞器的创新药物。

16. Nature子刊：我国科学家构建高效生物合成类胡萝卜素细胞工厂

高浓度的底物番茄红素对番茄红素环化酶有强烈的抑制作用，是利用解脂耶氏酵母生物合成类胡萝卜素的主要限制因素。

为了解决这个问题，我国科学家在一项新的研究中，建立了两种独立的方法：第一种是通过蛋白质工程对番茄红素环化酶进行改良，获得的突变体Y27R能够完全解除底物抑制且不降低酶活性；第二种是建立一个调控代谢的流量控制器，限制番茄红素合成速率，从而控制其浓度处于抑制水平之下，在不触发底物抑制的前提下，确保足够多的代谢流量用于合成β-胡萝卜素。这两种方法都能高效生产β-胡萝卜素，最终使得β-胡萝卜素的产量达到了39.5克/升（Nature Communications, 2022, doi:10.1038/s41467-022-28277-w）。

17. Metab Eng：利用新开发的动态调控技术高效合成γ-氨基丁酸

γ-氨基丁酸 (GABA)是一种重要的非蛋白氨基酸，具有降血压、促睡眠、治疗癫痫和解毒等多种生理功能，在食品、医药保健、饮料加工等领域具有广泛应用前景。然而目前通过发酵法利用低附加值底物生产GABA仍处于实验室研究阶段，产量较低，尚不能满足工业生产需求。因此，开发高效的GABA合成细胞工厂具有现实意义。

图片来自Metabolic Engineering, 2022, doi:10.1016/j.ymben.2021.11.010。

在一项新的研究中，来自中国科学院天津工业生物技术研究所的研究人员以低价值甘油为原料，通过途径工程和动态代谢控制，开发了高效生产GABA谷氨酸棒杆菌细胞工厂。他们最终构建的工程菌株GABA产量超过45 g/L，产率提升至0.4 g/g 甘油，是目前报道的利用甘油生产GABA的最高产量，对谷氨酸棒杆菌细胞工厂的代谢调控提供了新的工具和方法（Metabolic Engineering, 2022, doi:10.1016/j.ymben.2021.11.010）。

18. Nature子刊：我国科学家成功利用二氧化碳人工合成葡萄糖和脂肪酸

去年，我国科学家首次实现了利用二氧化碳从头合成淀粉，从而有很大的潜力为农业生产和生物制造带来变革。

图片来自Nature Catalysis, 2022, doi:10.1038/s41929-022-00775-6。

2022年4月28日，我国科研人员通过电催化结合生物合成的方式，将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸，并进一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸。总体而言，整个过程包含了两个步骤：首先利用电催化将二氧化碳转化为乙酸，再借助酵母发酵将乙酸转变为葡萄糖或脂肪酸。接下来，他们将进一步提升生产效率并降低成本，力争将这项技术从实验室推广至工业生产（Nature Catalysis, 2022, doi:10.1038/s41929-022-00775-6）。

19. PNAS：我国科学家在毒蘑菇鹅膏环肽毒素合成机制研究中取得新进展

有毒蘑菇对人类健康造成威胁，却是重要药物和功能分子的来源。危害最大的有毒蘑菇当属鹅膏属的某些真菌，大部分致死中毒案例是这一类蘑菇所致。剧毒鹅膏中的毒素为鹅膏环肽，但鹅膏环肽并非仅鹅膏属真菌独有，在亲缘关系很远的环柄菇属和盔孢伞属中也有能产生这类毒素的真菌。

在一项新的研究中，来自中国科学院昆明植物研究所的研究人员发现了两个鹅膏环肽合成新的关键基因（P450-29和FMO1），二者为不同的加氧酶，负责在鹅膏环肽毒素的关键位点（异亮氨酸C-5和脯氨酸C-4等）引入氧原子。若缺少这些氧原子，将导致毒素的活性下降1000倍以上。该研究将已知毒素合成基因从原来的2个增加到4个，对鹅膏环肽生源合成途径有了更深入的认识（Hong Luo et al. Genes and evolutionary fates of the amanitin biosynthesis pathway in poisonous mushrooms. PNAS, 2022, doi:10.1073/pnas.2201113119.）。

他们通过建立剧毒鹅膏基因组平台，构建了鹅膏属、盔孢伞属和环柄菇属中13个剧毒物种的基因组数据库，全面分析了鹅膏环肽生源合成途径在蘑菇目中的整体架构，发现在蘑菇目三个不同属中，鹅膏环肽的主要合成基因是相同或相似的。系统发育和遗传学研究证据表明，鹅膏、盔孢伞、环柄菇之所以均能产生鹅膏环肽毒素，其根源是基因水平转移。

20. Nature子刊：我国科学家成功在细胞内构建合成能量系统

细胞在生长过程中合成大分子、构建碳骨架，这些过程消耗能量，且需要克服底物和生物量之间的还原度差异。对于脂质等高价值的储能化合物，其还原度远高于葡萄糖等底物，细胞往往需要额外的还原力和能量来合成这些化合物。而这无疑需要对细胞的代谢网络进行重构，因为细胞获取能量和还原力、合成大分子和构建碳骨架的目的是为自身生长，而不是产品合成。

反式氢化酶循环对额外NADPH的解毒作用。图片来自Nature Metabolism, 2022, doi:10.1038/s42255-022-00654-1。

在一项新的研究中，来自中国科学院深圳先进技术研究院的研究人员通过理性设计，组合磷酸戊糖循环、转氢循环和外部呼吸链三个模块，在酵母细胞内构建了一个合成能量系统，其可以支持细胞生长和高还原性化合物的生产，并实现40%的自由脂肪酸产率，为目前酿酒酵母研究的最高水平（Nature Metabolism, 2022, doi:10.1038/s42255-022-00654-1）。

参考文献：

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9. Roland D. Kersten et al. Gene-Guided Discovery and Ribosomal Biosynthesis of Moroidin Peptides. Journal of the American Chemical Society, 2022, doi:10.1021/jacs.2c00014.

10. Beifen Zhong et al. Biosynthesis of rumbrins and inspiration for discovery of HIV inhibitors. Acta Pharmaceutica Sinica B, 2022, doi:10.1016/j.apsb.2022.02.005.

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13. Takeshi Tsunoda et al. Complete biosynthetic pathway to the antidiabetic drug acarbose. Nature Communications, 2022, doi:10.1038/s41467-022-31232-4.

14. Lucas Paoli et al. Biosynthetic potential of the global ocean microbiome. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-O22-04862-3.

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17. Liang Wei et al. Engineering of Corynebacterium glutamicum for high-level γ-aminobutyric acid production from glycerol by dynamic metabolic control. Metabolic Engineering, 2022, doi:10.1016/j.ymben.2021.11.010.

18. Tingting Zheng et al. Upcycling CO₂ into energy-rich long-chain compounds via electrochemical and metabolic engineering. Nature Catalysis, 2022, doi:10.1038/s41929-022-00775-6.

19. Hong Luo et al. Genes and evolutionary fates of the amanitin biosynthesis pathway in poisonous mushrooms. PNAS, 2022, doi:10.1073/pnas.2201113119.

20. Tao Yu et al. Metabolic reconfiguration enables synthetic reductive metabolism in yeast. Nature Metabolism, 2022, doi:10.1038/s42255-022-00654-1.