植物天然产物合成生物学研究

展望

近年来，基于合成生物学原理设计人工合成细胞工厂发酵生产植物源天然产物的研究，已经取得了一系列坚定领域发展信心的成绩，如青蒿素、β- 榄香烯、番茄红素、人参皂苷及吗啡等细胞工厂的成功创建。相比传统生产方式，这种新的资源获取策略在资源可持续利用和经济效益等方面均具有很显著的优势，因而作为一种革新模式崭露头角。

据统计，仅我国就有上万种含有生物活性成分的药用植物（中药），它们为现代药物开发提供了靶点丰富的前体药物宝库，同时其丰富的生物合成途径为我们提供了催化类型多样的天然酶库。然而“双宝库”的有效开发是高度交叉的前沿研究领域，需要集生物学、信息学、化学、中药学、药学等多种学科的共同努力和协作攻关。

具体到理论和技术方面的现状，目前生物合成途径的规模化解析和元件库建设、生物途径高通量组装和优化、人造系统的调试等方面还处于初级发展阶段，人工智能等自动化技术参与程度较低。一些化合物类型的研究基础薄弱，工程细胞异源合成效率还比较低，导致发酵法成本与传统路线相比经济优势不明显，需要进一步加强攻关。但总的来说，随着人工智能技术的逐渐成熟，植物基因组的测序技术低成本化，高通量化学合成基因技术的完善，以及全局代谢网络为基础的代谢途径优化理念和操作的进一步突破等，最终人们将真正迎来植物源天然产物人工合成的新时代。（作者：戴住波，中国科学院天津工业生物技术研究所；王勇，中国科学院上海生命科学研究院 植物生理生态研究所；周志华，中国科学院上海生命科学研究院 植物生理生态研究所；李盛英，中国科学院青岛生物能源与过程研究所；张学礼，中国科学院天津工业生物技术研究所。《中国科学院院刊》供稿）