在全球向生物经济转型的背景下，大肠杆菌和酿酒酵母作为两大经典底盘细胞平台，通过基因组精简和代谢工程改造，已成为生产医药、化学品和生物燃料的"细胞工厂"。
一、引言
合成生物学的核心理念：将工程学原则应用于生命科学
底盘细胞（Chassis cells）：承载人工设计基因回路、代谢途径的"硬件平台"
生物经济（Bio-eioeconomy）转型的背景：微生物作为细胞工厂替代传统化工合成
二、底盘细胞的设计原则与改造机制
核心改造策略：
l 基因组精简（Genome Reduction）：敲除非必需基因（原噬菌体、插入序列等），构建"最小基因组底盘"
l 代谢通路重构与辅因子平衡：解除变构抑制、突变限速酶、维持NADH/NAD⁺平衡
三、原核底盘代表：大肠杆菌（E. coli）
l优势：生长极快（20–30 分钟倍增）、基因操作成熟、培养基简单、成本低。
l局限：无翻译后修饰，无法生产糖基化复杂蛋白；含内毒素，限制医用场景。
l适合：胰岛素、简单蛋白、大宗化学品、透明质酸。
四、真核底盘代表：酿酒酵母（S. cerevisiae）
l优势：GRAS 安全级别；具内膜系统，可完成糖基化等翻译后修饰；同源重组效率高；耐酸、抗污染。
l适合：抗体、VLP 疫苗、青蒿素、萜类天然产物、长链二元酸、乳酸。
五、工业发酵效率的关键因素
1. 溢流代谢控制：高葡萄糖浓度会导致副产物（乙酸/乙醇）积累，需采用流加策略（Fed-batch）维持极低底物浓度
2. 溶氧与环境参数：
大肠杆菌：37°C，pH 6.8-7.2
酿酒酵母：28-30°C，耐酸性（pH 4.0-5.5），降低杂菌污染风险
六、工业应用对比
目标产物分类 | 典型产物 | 优选底盘 | 原因 |
生物医药蛋白 | 人胰岛素 | 大肠杆菌 | 表达量大、成本低 |
生物医药蛋白 | HPV疫苗、抗体 | 酿酒酵母 | 需正确折叠与糖基化 |
高价值天然产物 | 透明质酸 | 大肠杆菌 | 操作周期短 |
高价值天然产物 | 青蒿酸、人参皂苷 | 酿酒酵母 | 拥有内质网可锚定P450酶 |
大宗化学品 | 1,4-丁二醇、丁二酸 | 大肠杆菌 | 碳原子高转化率 |
大宗化学品 | 长链二元酸、乳酸 | 酿酒酵母 | 耐低pH，简化下游纯化 |
七、未来发展方向
l CRISPR/Cas多位点编辑：全基因组水平同步改造
l 非模式底盘崛起：毕赤酵母（利用甲醇）、盐单胞菌（利用废塑料）
l 人工智能辅助设计：AlphaFold预测蛋白结构，机器学习优化发酵策略
l DBTL循环：Design-Build-Test-Learn工程化循环
八、结论
大肠杆菌与酿酒酵母分别代表原核与真核底盘的最高水平，是绿色生物制造的核心载体；结合理性改造与 AI 技术，将持续推动合成生物学与生物经济发展。
