唐士茗, 胡纪元, 郑穗平, 韩双艳, 林影

合成生物学 2022, 3 (6): 1250-1261. DOI:10.12211/2096-8280.2022-024

摘要（1126）

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随着代谢工程及合成生物学技术的发展，化学品高效生物合成与绿色制造成为可能。高效生物合成体系的设计与构建是绿色生物制造的核心，其理论体系建立及关键技术突破，将为实现绿色生物制造领域高效生产及资源与环境可持续发展提供有力支撑。本文借助代谢途径模块设计的案例，探讨化合物生物合成过程中潜在通用模块设计原则、设计工具，以及基于无细胞蛋白合成体系的代谢模块快速构建及测试的方法，将突破生物合成途径多基因、多模块“设计-构建-测试”（Design-Build-Test cycle，DBT cycle）高效循环迭代的技术瓶颈。结合机器学习方法的应用，将使“设计-构建-测试”向“设计-构建-测试-学习”（Design-Build-Test-Learn cycle，DBTL cycle）进一步延伸，对高效合成模块的“精准-鲁棒性”设计与构建、推动合成生物学科学与技术发展具有重要意义。

此外，无细胞体系的快速途径原型作为代谢工程模块化的重要工具［67］，该工具通过利用纯酶系统或细胞提取物系统（图3），实现在细胞外代谢途径快速原型和模块化代谢途径优化［68-73］，再回到细胞内组装并合成相应的化合物，大大地提高了代谢合成体系的“设计-构建-测试”循环的效率［74-75］。该工具运用于通用代谢模块的构建和平台化合物合成的优化，进一步拓展模块适配性及通用性机制的研究，更加具有吸引力和挑战性。