汇集公众科学智慧 交流科学思想见解点燃科学智慧火花 构建互动交流平台
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一、核心定义(新表述)微藻底盘细胞：以光合微藻(蓝细菌、小球藻、衣藻、硅藻等)为宿主，经过基因组编辑、代谢网络重构后，作为合成生物学 “细胞工厂” 的基础宿主细胞。底盘去除冗余代谢通路、弱化副产物支路、强化光合碳固定、优化胞内资源分配，用于高效合成高值化学品、蛋白、生物燃料；区别于传统野生藻株，底盘核心是：1.去冗余‑模块化‑可插拔，外源基因通路可以直接导入组装，实现目标产物定向合成。2.理性设计：基于组学数据、代谢模型、蛋白结构，不依赖随机诱变筛选，自上而下对藻株基因组、转录、翻译、代谢网络进行可预测改造。3.系统改造：不再单点敲除 / 过表达单个基因，而是统筹光合系统、碳流分配、能量平衡、胁迫耐受、细胞生长耦合产物合成，多靶点协同调控，解决 “生长‑产物合成” 相冲突的瓶颈。二、顶层技术创新设计1.底盘设计核心从“通路叠加”升级为“系统重构”：单一基因过表达、外源通路导入无法突破产量天花板，唯有通过基因组精简、代谢网络重布线、能量流重分配、时序调控重构的系统改造，才能解锁微藻光合合成的极致潜力。2.摒弃通用底盘思维，确立产物专属定制化顶层设计：蓝细菌、真核微藻(衣藻、硅藻、小球藻)底层生理瓶颈差异显著，不存在万能通用底盘，需根据目标产物特性，定制匹配的底盘架构、调控回路与代谢通路。3.内源代谢从“抑制敲除”升级为“动态利用”：传统改造直接敲除糖原、油脂等储存支路易导致细胞损伤，
一、核心定义 生物合成(R)-环氧苯乙烷技术是以微生物全细胞催化或特异性酶催化为核心，依托菌株内源氧化酶系的立体选择性催化特性，在温和水环境下实现苯乙烯底物定向不对称环氧化，高效制备高光学纯度(R)-环氧苯乙烷的绿色生物制造技术。该技术通过底盘菌株改造、酶分子定向优化、催化微环境调控、底物转运与产物代谢管控，实现底物高效转化、手性精准控制、副反应抑制、产物稳态积累，彻底突破化学合成的污染大、选择性差、纯度低、残留高的瓶颈，是适配高端医药中间体的新一代绿色合成技术体系。 二、顶层思想新设计 以手性精准定向调控为核心、底物传质增效为前提、产物降解阻断为关键、催化稳态耦合为支撑、绿色构型保真为目标，统筹解决酶手性选择性不足、水油传质受限、细胞毒性胁迫、辅因子失稳、产物消旋降解、批次品质波动、放大效应显著等行业共性难题。 1.酶分子手性可控精准设计(源头底层设计)： 建立基于结构生物学与分子动力学的手性催化可控设计思想。聚焦单加氧酶活性口袋空间构象、底物识别位点、手性过渡态约束机制，定点重塑关键氨基酸残基，精准调控底物贴合角度与催化微环境氢键网络，从分子源头锁定R-构型催化路径，彻底抑制S-构型副反应与产物外消旋化。 2.细胞代谢稳态与抗逆适配设计(生理支撑设计)： 针对底物毒性胁迫
一、核心定义新型非天然碱基与非天然细胞设计合成技术，是依托人工碱基分子设计、正交遗传体系重构、底盘细胞适配驯化、遗传稳态调控构建的人工生命创制技术体系。通过精准设计新型非天然碱基分子结构、构建正交复制转录系统、改造底盘细胞遗传适配网络、建立非天然底物供给与稳态遗传机制，实现非天然碱基在活细胞内的稳定复制、精准转录、高效翻译，构建遗传正交、功能可控、代谢稳态的新型非天然人工细胞，实现生命遗传体系的人工拓展与功能重塑。二、顶层思想新设计1.遗传体系可编程重构思想：摒弃生命遗传不可突破的传统思维，确立遗传规则、遗传元件、遗传框架可人工设计、可拓展、可重塑的核心思想。以非天然碱基分子定制为切入点，打破四碱基天然遗传桎梏，拓展生命遗传信息存储与功能编码边界，为定制化半合成人工生命构建提供核心理论支撑。2.正交优先、系统隔离创新思想：颠覆传统“先植入改造、后适配优化”的试错式研发模式，确立正交系统优先构建、全局系统优先隔离的顶层思想。优先搭建独立的人工复制、转录、翻译正交回路，从源头杜绝天然与人工遗传系统的交叉干扰，从系统层面解决遗传渗漏、表达紊乱、细胞失稳等核心痛点。3.功能增益与细胞稳态双向平衡思想：针对人工遗传拓展与细胞生长代谢的天然拮抗矛盾，建立“最小扰动、最大增益”的平衡设计思想。在保障人工遗传功能高效表达的前提下，最小化干预细胞内源代谢与遗传系统，精准调控代谢负荷与遗传胁迫，实现人
一、核心定义(新表述) 新型生物合成氨基酸螯合锌是基于微生物代谢调控、原位生物配位与过程精准控制的一体化绿色生物制造体系。通过菌株代谢改造强化氨基酸内源合成通量，耦合发酵过程精准锌离子缓释补给，利用菌体胞内温和酶促微环境实现精准配位、有序螯合与稳定固化，形成配比可控、结构均一、螯合率高、稳定性强的氨基酸螯合锌产物，实现“菌体产酸—原位螯合—生物固化”全流程生物合成，是替代化学合成的新一代绿色技术体系。 二、顶层技术创新设计 构建氨基酸螯合锌生物合成四级模块化顶层技术创新体系。实现从单点工艺优化向“底盘-代谢-配位-过程-精制”全局系统重构的技术跃迁，形成适配工业化高产、高稳、高纯、低碳的完整落地架构。 1.一级模块：高锌耐受稳态底盘重塑(基础支撑层)： 聚焦生物合成的底层生理瓶颈，针对锌离子氧化胁迫、膜损伤、代谢抑制问题，开展工程底盘系统性升级。通过基因编辑重构菌株金属离子转运调控网络，优化细胞膜结构稳定性，强化胞内抗氧化应激系统，显著提升菌株锌胁迫耐受阈值。 2.二级模块：内源配位氨基酸通量精准调控(底物供给层)： 通过解除氨基酸合成通路反馈抑制、敲除竞争与分解支路、定点强化关键限速酶表达，实现胞内配位氨基酸的持续、稳定、可控蓄积。 3.三级模块：生长-产酸-螯合时序耦合
一、核心定义(新表述)突破传统静态、局部、经验式菌株改造范式，围绕限速瓶颈、代谢矛盾、工业适配性三大核心痛点，构建系统化、动态化、智能化、过程耦合的新型改造技术体系。融合合成生物学、系统代谢工程、人工智能与动态调控技术，以细胞全局代谢网络重构为核心，打破单点基因改造局限，实现碳源转运、前体供给、通路通量、产物输出、细胞抗逆、发酵过程的一体化时序协同调控，适配工业高密度发酵的高效、稳定、低耗的新一代L-色氨酸生物制造体系。二、顶层技术创新设计构建L-色氨酸生物合成四级模块化顶层技术创新体系，形成从底盘重塑、前体供给、通路优化到产物输出的全链条系统化设计，实现由单点改造到全局系统重构的技术升级，适配工业化高效、稳定、低成本制造需求。1.一级底盘基础模块：聚焦菌株底层代谢网络优化，靶向全局调控因子重构碳氮代谢、应激代谢网络，敲除乙酸、酪氨酸、苯丙氨酸等竞争代谢支路，消除无效碳流失与代谢冗余。2.二级前体供给模块：针对PEP、E4P双前体供给不足、消耗失衡的一级限速问题，构建PTS/非PTS时序切换转运系统，结合生物传感器介导的前体稳态调控。3.三级合成通路模块：智能通量精准优化融合AI酶分子设计与时序动态调控技术，一方面优化TrpE、TrpB、AroG等关键限速酶的催化性能，彻底解除反馈抑制；另一方面采用时序启动子实现莽草酸通路、色氨酸末端合成通路的阶段性精准激活。4.四级输出抗逆模块：
一、核心定义 甜菊糖苷作为高倍甜度、零热量、天然安全的代糖物质，是食品减糖、健康饮品、功能性食品产业的核心原料。传统甜菊糖苷依赖植物提取，存在组分混杂、高价值稀有糖苷占比低、土地资源消耗大、批次稳定性差等痛点。传统生物合成技术多聚焦于单一酶改造、基础路径复刻，存在产量低、副产物多、高端糖苷合成困难等问题。当前行业技术迭代已跳出“复刻植物合成路径”的传统思维，形成精准靶向合成、模块化重构、酶分子精准改造、底盘细胞智能适配、绿色低碳量产、功能型新糖苷创制六大创新方向，突破了传统技术瓶颈，构建新一代甜菊糖苷生物合成技术体系。 二、顶层技术创新设计 1.战略定位顶层革新：从“工艺替代”到“国家级绿色原料战略升级”： 重新锚定甜菊糖苷生物合成的国家级战略价值，将其从单一食品添加剂制造技术，升级为大健康减糖产业核心支撑技术、农林资源节约型绿色生物制造标杆技术、合成生物学产业化示范技术。立足国家“减糖健康、绿色低碳、生物经济”三大战略，明确核心战略定位。 2.技术体系顶层重构：从“单点碎片化攻关”到“全链条系统化架构”： 全新顶层创新观点：构建“基础机理—核心元件—底盘细胞—催化工艺—产物创制—提纯应用”六位一体系统化技术架构，打破单点技术壁垒，实现全链条协同优化、全局最优匹配，建立标准化、模块化、可迭代的甜菊
一、核心定义(新表述) 维生素 B₁₂(钴胺素)生物合成：依靠细菌/古菌固有代谢通路，或合成生物学重构人工通路，以简单碳源、钴离子为原料，经 30 步以上酶促反应，合成具有完整咕啉环、上下配体结构的钴胺素分子的制造技术，分为体内微生物发酵(主流工业路线)、异源宿主重构、无细胞多酶体外合成三大技术范式。 1.天然体内生物合成：脱氮假单胞菌(好氧通路)、费氏丙酸杆菌(厌氧通路)等工业菌株，完整内源基因簇驱动从头合成，是当前全球工业化生产的核心路线。 2.异源重构生物合成：把完整 B₁₂合成基因簇导入大肠杆菌等模式底盘，在非天然生产菌中重建完整合成通路，突破天然菌株生长慢、改造难的瓶颈。 3.无细胞体外生物合成：离体组装 30+纯化酶，拆分咕啉环前体、钴插入、核苷酸环组装五大功能模块，脱离活细胞实现全酶促 B₁₂合成，属于新一代第三代合成路线中国科学院...。 二、顶层技术创新设计 1.底盘菌株智能化重构设计： 针对天然菌株改造难、活性低、适配性差的问题，开展双底盘迭代优化设计。一方面对工业主流菌株脱氮假单胞菌、费氏丙酸杆菌进行精准基因组编辑，敲除无效冗余基因、优化钴耐受基因、改造核糖开关调控元件，提升天然底盘的量产能力与稳定性；另一方面完成大肠杆菌、酵母模式底盘的完
L-苏氨酸生物合成技术创新-新观点-新思想一、核心定义(新表述)1. L-苏氨酸生物合成：L-苏氨酸生物合成是以微生物细胞(大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌等)为天然或工程底盘，依托细胞内天冬氨酸家族氨基酸内源代谢通路，通过磷酸化、还原、氨基化、差向异构等系列酶促反应，以葡萄糖、玉米淀粉等廉价碳源为起始底物，从头合成L-苏氨酸的次级代谢与初级代谢耦合生物过程。2. L-苏氨酸生物合成技术创新：依托代谢工程、合成生物学、智能生物传感、动态调控等前沿技术，通过通路重构、关键酶改造、反馈调控解除、竞争通路敲除、代谢流精准重分配、智能动态调控等技术手段，实现L-苏氨酸合成通量提升、转化率跃升、副产物消减、发酵周期缩短、生产成本下降的系统性技术革新，涵盖基础机制创新、菌株改造创新、发酵工艺创新、产业化模式创新四大维度。3. L-苏氨酸合成生物学精准合成体系是一套区别于传统诱变育种、粗放发酵的基因-酶-通路-调控-发酵全链条精准人工合成体系。以L-苏氨酸天冬氨酸代谢主干通路为核心靶点，精准解除终端产物反馈抑制、弱化支路竞争代谢、强化限速酶催化效率、构建动态响应调控模块，通过底盘细胞代谢网络精简与重构，实现碳源代谢通量向L-苏氨酸合成方向定向富集，达成“可控、高效、低耗、高纯”的智能化、精准化工业合成范式。二、顶层技术创新设计1.总体设计思路紧扣L-苏氨酸传统生物制造存在的反馈调控顽固、代谢流分流无序、生
总纲 研发核心定位与创新总思路当前高血脂、高血压、动脉粥样硬化的临床干预手段存在显著技术短板：长期口服降脂药物依赖终身服药，患者依从性差且无法根治血管器质性损伤；血管支架仅能实现局部物理支撑，无法逆转全身广泛性脂质沉积与血管老化；传统磁性纳米血管机器人依赖体外磁场与内置电池，存在机械磨损、能量耗尽、体内异物残留等安全隐患；肠道共生菌仅作用于消化道，无法直接靶向血管斑块，治疗效能有限。为突破现有技术瓶颈，本项目依托合成生物学与活体生物机器人技术，借鉴蜂蚁真社会性种群制衡规律，以微米级柔性线虫为底盘生物，通过多模块CRISPR精准基因编辑，构建6主虫+40不育工虫标准化分级共生蠕虫种群。虫群经微创导管一次性植入人体胸主动脉，依托人体自身血糖、血脂内源供能，无需外接设备；通过重编程代谢通路，定向分泌溶脂酶与血管内皮修复肽，精准消融脂质斑块、修复受损血管。衰老虫体可完全自降解并融入人体循环，无废渣、无异物残留，实现十年长效血管稳态养护，适用于高血脂、高血压、轻中度动脉粥样硬化的长期临床干预。本项目研发体系完整、安全机制完善、落地路径清晰，具备规范化科研转化与临床应用价值。第一阶段 底盘生物分层基因编辑构建(24个月)本阶段核心目标为完成野生线虫无害化改造，搭建层级化种群基因表达体系，植入多重安全调控模块，重编程脂质代谢通路，定型遗传稳定、生物安全的医用工程蠕虫株系。筛选微米级柔性线虫作为生
一、核心定义(新表述)依托生物合成学技术完成菌株无痕基因编辑、中心碳流重编程、内源负反馈代谢网络裁剪，调控微生物DAP二氨基庚二酸特异性合成通路；以可再生生物质碳源为底物，通过微生物胞内定向次生代谢富集、绿色低温发酵、无化学试剂精制纯化制备，符合GB2760食品添加剂国家标准，可直接用于食品营养强化、食品基质调配的手性必需氨基酸生物合成功能材料。主要特征：1.构型特异性：严格限定为左旋L型(L-isomer)。这是人体蛋白质合成的直接底物，无需经过异构化转化，可直接参与代谢。右旋或非天然构型不仅无营养价值，还可能增加代谢负担。2.纯度阈值升级：行业标准已从传统的98%-99%提升至99.99%+。这一指标意味着每万份分子中非活性杂质低于1份，通过多步结晶与色谱分离工艺实现，旨在消除微量杂质对长期服用的潜在影响，确保极高的生物安全性。3.形态稳定性：鉴于游离L-赖氨酸易潮解、发黄且有腥味的特性，现代食品添加剂更倾向于使用稳定的衍生物形式(如盐酸盐、硫酸盐或微囊包埋态)，以保障储存期间的理化性质稳定及感官体验优化。二、顶层技术创新设计1.底盘细胞底层改造设计(源头层级创新)：(1)采用无痕CRISPR基因编辑技术对谷氨酸棒杆菌工业底盘定向改造：敲除L-赖氨酸胞内反馈抑制基因、碳代谢阻遏负调控基因，解除DAP合成通路终端代谢阻滞；不引入外源抗性标记基因，满足食品级添加剂无致敏、无残留
数学、物理、化学与天文
生命科学与生物技术
地球科学与资源环境
工程技术科学与高技术
中国科学技术大学
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