刘裕，韦惠玲，刘骥翔，王少杰，2，苏海佳

（1北京化工大学化学资源工程国家重点实验室，北京生物过程重点实验室，北京软物质科学与工程先进创新中心，北京 100029；2上海交通大学电子信息与电子工程学院纳米生物医学与工程研究所，上海 200240）

过去的几十年中，人类对各种化学品的需求不断上升。因为以化石能源得到目标产品的方法存在能耗高、污染大、对环境不友好等缺点，于是人们将研究重点转移到微生物的开发和应用上［1-2］。微生物的细胞工厂中具有各种各样的催化酶，可以为物质的合成和转化提供合适的反应条件和环境［3-4］。此外，合成生物学和代谢工程等新兴领域的快速发展大大提升了研究人员对微生物进行编程的能力，降低了利用微生物进行各种化学品生物合成的难度［5-6］。目前，大多数生物合成都是在单菌体系中完成的，这种通过微生物纯培养得到目标产物的方式为代谢工程的发展起到了奠基作用［图1（a）］。然而，面对日益增长的产品需求，单菌体系通过纯培养完成复杂产物的合成中逐渐显露出一些缺陷。例如，在单个细胞中表达冗长的生物合成途径可能会大大增加宿主的代谢负担，进而使得能量在细胞生长与途径表达之间的分配失衡，不利于目标产物的合成［7-9］。

幸运的是，人们在自然界中找到了克服能量分配受限的重要线索。为了平衡自然界中的代谢通量，高等生物会将代谢途径模块化后分布在各个细胞器中，而结构简单的微生物会形成各种功能菌群。……