摘要：2025年，国内合成生物学领域在学术研究方面取得了显著进展，众多科研团队在国际知名期刊上发表了高质量的学术论文，展现了我国在该领域的研究实力与创新水平。以下是对本年度国内合成生物学领域18篇Nature子刊论文的简要回顾与总结。

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Nature Chemistry: 开发光调控的精准蛋白质相互作用体系

2025年5月26日，来自电子科技大学夏川教授、郑婷婷教授联合安徽工业大学校长/中国科学技术大学曾杰教授、中山大学于涛研究员等人在《Nature Sustainability》发表了题为“Upcycling surplus acetone into long-chain chemicals using a tandem electro-biosystem”的研究论文提出了一种串联电化学生物系统，可将酚工业过剩的丙酮升级为高附加值长链化学品。通过开发一种插层钌（I-Ru）电催化剂，实现了丙酮向异丙醇（IPA）的高效转化。结合双极膜电极组件（BMEA）装置，实现了丙酮完全转化为~100%纯IPA。进一步通过代谢工程改造的酿酒酵母，以电化学生成的纯IPA为碳源，成功合成了对香豆酸、游离脂肪酸和番茄红素。该研究为工业副产物的升级利用提供了可持续路径，展示了电催化与生物催化结合在重塑传统化学工业中的潜力。

02

Nature Biotechnology: 基于微芯片的大规模并行DNA合成系统

2025年10月1日，来自华大研究院的沈玥团队在《Nature Biotechnology》期刊上发表了题为“Scaling DNA synthesis with a microchipbased massively parallel synthesis system”的研究论文。该研究提出并验证了一套基于微芯片的大规模并行DNA合成系统（mMPS），通过“识别-分拣-合成-回收”迭代机制，将每个微芯片赋予唯一编码，单芯片单序列，极大提升合成产物浓度并优化后续大片段基因组装流程。这项研究首次实现了DNA合成产物浓度提升4-6个数量级，并在425个不同复杂度基因及1254个人类蛋白结构域突变库组装中，显著提高了组装成功率与序列均匀性，为DNA合成技术的工业化和精准合成奠定了重要基础。

03

Nature Biotechnology: 利用即插即用系统在链霉菌中生产可扩展的次生代谢物

2025年8月15日，来自中国科学院微生物研究所王为善、华东理工大学张立新，中国农业科学院植物保护研究所李珊珊合作在《Nature Biotechnology》期刊发表题为“Scalable secondary metabolite production in Streptomyces using a plug-and-play system”的研究论文，该研究通过整合触发、稳定剂与多路复用器模块，开发链霉菌多路人工控制系统（SMARTS），实现瞬态信号向稳定多通道输出的转化，确保工业级发酵稳定性。此外，建立分段多目标优化¥框架，依次调控“合成机器组”与“独立通路组”基因，成功开发专一产白维菌素的阿维链霉菌与异源合成表柔比星的委内瑞拉链霉菌。其中，白维菌素菌株在120 m³ 工业发酵中滴度达8.4g/L，且田间效果优于化学药剂；表柔比星滴度较传统菌株提升1.81倍。该研究为链霉菌次生代谢物高效产业化提供了“即插即用”的通用解决方案，推动合成生物学在微生物制药领域的应用突破。

04

Nature Catalysis：小分子还原剂介导血红素过加氧酶催化路径

2025年1月28日，湖北大学李爱涛、厦门大学王斌举团队合作在《Nature Catalysis》期刊发表题为“An efficient catalytic route in haem peroxygenases mediated by O₂/small-molecule reductant pairs for sustainable applications”的研究论文，该研究提出了血红素过加氧酶的另一种催化途径，即利用氧气和小分子还原剂（如抗坏血酸和脱氢抗坏血酸（DHA））来驱动反应。实验和计算研究表明，DHA的水合形式DHAA是激活氧以产生活性氧铁基血红素化合物I的关键辅助底物。还证明了这种O2/还原剂依赖途径在各种血红素过加氧酶中的广泛适用性，突出了它对单加氧酶功能的生物学意义。重要的是，这一创新路径避免了使用H2O2，从而避免了不可逆的酶失活风险。最后，大规模反应产生了手性高附加值产品，具有极高的生产率，凸显了这一开发的过加氧酶技术在可持续化学转化方面的合成潜力。

05

 Nature Catalysis：人工海洋碳循环新路径

2025年10月6日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所高翔课题组与电子科技大学夏川课题组合作在《Nature Catalysis》期刊上发表了题为“Efficient and scalable upcycling of oceanic carbon sources into bioplastic monomers”的研究论文，该团队率先提出并验证人工海洋碳循环系统：面向天然海水场景高效捕集CO2，电催化制备可进入生物制造的平台中间体，再经工程化微生物升级转化为高价值分子与材料。研究以可降解材料单体为示范，凸显“捕碳造物”的平台能力与可扩展性，为我国“蓝色经济”、双碳目标与绿色低碳技术创新提供新路径。

06

Nature Synthesis：开发iMECS策略转化木质素合成添加剂类天然产物

2025年6月10日，来自上海交通大学生命科学技术学院/张江高等研究院合成科学创新研究中心倪俊课题组在《Nature Synthesis》期刊发表了题为“Chemoenzymatic platform with coordinated cofactor self-circulation for lignin valorization”的研究论文，该团队开发了一种名为“辅因子自循环的体外多酶协同表达（iMECS）”的策略，用于实现高效、经济且可持续转化木质素合成多种添加剂类天然产物。研究人员成功将阿魏酸（一种木质素单体）转化为姜黄素，产率达到126.4 mg/L，且在不添加外源辅因子的情况下，转化率超过90%。同时，基于iMECS构建化学酶催化平台将农业废弃物转化为香兰素、覆盆子酮、白藜芦醇和柚皮素等高值化合物，为木质素利用和添加剂类天然产物合成奠定了开辟了新的思路。

07

Nature Synthesis：大肠杆菌-类囊体杂合系统实现光驱动高效产氢

2025年8月21日，山东师范大学唐波、李璐团队在《Nature Synthesis》期刊发表了题为“Dual-channel energy pathway combining energy molecule supply and electron transfer to support solar-to-chemical production in an E. coli–thylakoid hybrid”的研究论文，该团队通过将类囊体植入大肠杆菌构建了一种具有 “能量分子供给-电子传递” 双通道能量通路的大肠杆菌-类囊体杂合体系。在光照条件下，类囊体中产生的光电子可直接用于合成 ATP 和 NADPH，并供给大肠杆菌利用；同时，类囊体产生的光电子还能通过氧化还原介体进行传递和捕获，通过促进大肠杆菌的电子传递链进一步提升 ATP 和 NADPH 水平。这种双通道能量通路显著提高了能量分子浓度，使得该杂合体系实现了优异的氢气产率，可与性能顶尖的大肠杆菌基体系相媲美。



08

Nature Synthesis：解析鱼藤酮生物合成完成途径及异源高效合成

2025年10月21日，西湖大学洪本科团队在《Nature Synthesis》期刊上发表了题为“Discovery and engineering of the biosynthesis of rotenoids”的研究论文，首次完整阐明了豆科植物中鱼藤酮类天然产物的生物合成途径。该研究鉴定出一个关键的非典型2ODD氧化酶，该酶负责催化特征性的顺式B/C环的形成，并揭示了其独特的氧化还原中性的环化机制。基于上述发现，研究团队在本氏烟草中成功构建了长达15个酶的反应途径，实现了六种鱼藤酮类化合物的从头合成。

09

Nature Synthesis：新型II型聚酮合成酶体系

2024年11月6日，中国科学院上海有机化学研究所刘文课题组在《Nature Synthesis》期刊上发表了题为“Analysis of siderochelin biosynthesis reveals that a type II polyketide synthase catalyses diketide formation”的研究论文。该研究报道了一类以甲基丙二酰辅酶A为羧基底物（延伸单元）催化二酮单元形成的新型II型聚酮合成酶（PKS），在打破了40年来对II型PKSs延伸单元单一性认知的基础上，进一步丰富了天然产物和生物学共进化的理解，为聚酮类化合物结构多样性的发展与应用奠定了重要基础。

10

Nature Synthesis：毕赤酵母重构植物源黄酮糖苷生物合成

2025年12月5日，华东理工大学生物工程学院蔡孟浩教授联合北京大学乔雪研究员、叶敏教授及上海交通大学瞿旭东教授，在《Nature Synthesis》期刊发表了题为“Biosynthesis of plant vitexin-derived flavonoid glycosides in yeast”的研究论文，该团队聚焦植物源高价值黄酮糖苷的微生物高效合成，通过 “通路重构-前体强化-通量调控-组学优化” 的四模块策略，突破黄酮糖苷异源合成中前体供应不足、旁路代谢分流、能量与辅因子失衡等核心瓶颈，在工业酵母毕赤酵母（Komagataella phaffii）中实现目标产物 titres 超 26 g/L，为复杂黄酮类化合物的绿色生物制造提供全新技术范式。


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Nature Chemical Biology：揭示编程不同无膜隔室之间的生物通信方式

2025年2月5日，上海交通大学夏小霞、钱志刚教授在《Nature Chemical Biology》期刊发表了题为“Programming biological communication between distinct membraneless compartments”的研究论文，该研究报告了一个二元群体的无膜区室能够共存，生物通讯和细胞环境条件下的可控反馈。隔室复合体来自无细胞表达系统中两个正交相分离的蛋白质。它们的出现可以按照时间和顺序进行编程，以便按需输送分子。特别地，该聚生体可以响应蛋白酶信息或编码该蛋白酶的DNA信息来感知、加工和递送功能性蛋白质货物。这种基于DNA的分子程序可以通过安装一个在信使RNA水平上控制信息流的反馈环来进一步利用。这些结果有助于理解无膜细胞器之间的串扰，并提供了一个设计原则，可以指导功能区室联合体的建设。


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Nature Chemical Biology：通过合成酵母群落从头生物合成植物木脂素的生物合成平台

2025年3月17日，浙江理工大学张磊、中国科学院大连化学物理研究所周雍进、陈万生在《Nature Chemical Biology》期刊在线发表了题为“De novo biosynthesis of plant lignans by synthetic yeast consortia”的研究论文，该研究报告了一种通过合成酵母群落从头生物合成植物木脂素的生物合成平台。通过将木脂素生物合成途径划分为具有强制性互利共生的合成酵母群落，并使用阿魏酸作为代谢桥梁，成功地克服了代谢混乱，合成了常见的前体—松柏醇。此外，结合系统工程策略，实现了关键木脂素骨架松脂醇和落叶松树脂酚的从头合成，并通过合成复杂木脂素(包括抗病毒的落叶松树脂酚二葡萄糖苷)验证了联合体的可扩展性。该研究为异源合成木脂素提供了一个启动工程平台。

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Nature Chemical Biology：装配线生物合成酶的“即插即用”改造方法

2025年4月18日，西湖大学张骊駻团队在《Nature Chemical Biology》期刊在线发表了题为“Plug-and-play engineering of modular polyketide synthases”的研究论文，该研究提出了一个广泛适用的策略来设计混合PKSs，揭示了两个保守基序是连接来自不同PKS途径的模块的强大切割位点，并证明了具有不同起始单元、延伸单元和可变还原状态的聚酮化合物的定制生产。此外，还扩展了这些切割位点的适用性，以构建涉及顺式-AT PKS、反式-AT PKS甚至非核糖体肽合成酶的杂交途径。总的来说，该发现使模块化PKSs的即插即用重编程成为可能，并促进了装配线酶在设计分子生物生产中的应用。



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Nature Chemical Biology：创制高产异黄酮植物底盘实现大豆素等异黄酮植保素的绿色生物全合成

2025年5月28日，南方科技大学生命科学学院生物系副教授黄安诚课题组在《Nature Chemical Biology》期刊发表了题为“Glyceollin biosynthesis in a plant chassis engineered for isoflavone production”的研究论文。该研究通过重塑本氏烟草代谢流创制高产异黄酮植物合成生物学底盘，关键异黄酮染料木素和大豆苷元在干叶片中产量分别达到11.8 g/kg 和7.0 g/kg，进一步结合多组学技术解析了作物大豆中6种抗菌植保素，即大豆素的完整生物合成途径，并且实现了大豆素及多类重要活性异黄酮在本氏烟草中高效从头全生物合成，其中大豆素I和大豆素II在干叶片产量分别达2.6g/kg和5.9g/kg。该研究发展了植物合成生物底盘并推动了活性异黄酮在植物底盘的生物制造。



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Nature Chemical Biology：由工程孢子编程的可降解活塑料

 2024年8月21日，来自中国科学院深圳先进技术研究院的戴卓君团队在《Nature Chemical Biology》期刊发表了题为“Degradable living plastics programmed by engineered spores”的研究论文。通过对微生物进行基因编辑并产生具备极端环境耐受能力的孢子，使其可以在特定条件下分泌塑料降解酶；并通过塑料加工方法（高温、高压或有机溶剂）将孢子包埋在塑料基质中。这项研究展示了一种制造绿色塑料的方法，这种塑料可以在孢子潜伏时发挥作用，当孢子被激活时就会腐烂，并为可持续材料的开发提供了启示。



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Nature Chemical Engineering：研发首个工业自动化蛋白质编程进化实验室

2025年11月19日，来自清华大学药学院张数一教授在《Nature Chemical Engineering》期刊发表了题为“An industrial automated laboratory for programmable protein evolution”的研究论文，研究团队构建了一个工业级自动化实验室——iAutoEvoLab，将连续定向进化系统与工业自动化、遗传电路控制相结合，实现了对蛋白质从近乎无活性到全功能的可编程进化，为蛋白质工程提供了全新的研究范式和工具。



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Nature Chemical Engineering：监测并动态调控葡萄糖摄取率和中心代谢

 2025年1月17日，来自中国科学院天津工业生物技术研究所张大伟研究员在《Nature Chemical Engineering》期刊发表了题为“Monitoring and dynamically controlling glucose uptake rate and central metabolism”的研究论文，该研究开发了一种可编程的双功能葡萄糖摄取率生物传感器（GURBs），用于实时监测葡萄糖摄取率，并动态调控大肠杆菌中的中心代谢。研究团队利用大肠杆菌的磷酸转移酶系统（PTS）和转录因子Mlc的调控机制，设计了基于遗传回路的生物传感器。该传感器通过监测荧光强度的变化，实时反映细胞的葡萄糖摄取速率。这种基于葡萄糖摄取速率的动态调控策略优于传统的静态调控方法，能够更好地平衡细胞生长和产物合成，减少副产物的生成，提高目标产物的产量和生产效率。



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Nature Sustainability：将酚工业过剩丙酮升级为高附加值长链化学品

2025年5月26日，来自电子科技大学夏川教授、郑婷婷教授联合安徽工业大学校长/中国科学技术大学曾杰教授、中山大学于涛研究员等人在《Nature Sustainability》发表了题为“Upcycling surplus acetone into long-chain chemicals using a tandem electro-biosystem”的研究论文提出了一种串联电化学生物系统，可将酚工业过剩的丙酮升级为高附加值长链化学品。通过开发一种插层钌（I-Ru）电催化剂，实现了丙酮向异丙醇（IPA）的高效转化。结合双极膜电极组件（BMEA）装置，实现了丙酮完全转化为~100%纯IPA。进一步通过代谢工程改造的酿酒酵母，以电化学生成的纯IPA为碳源，成功合成了对香豆酸、游离脂肪酸和番茄红素。该研究为工业副产物的升级利用提供了可持续路径，展示了电催化与生物催化结合在重塑传统化学工业中的潜力。

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Bio-based 2026

第十一届生物基大会暨展览

跨越新周期，澎湃新生机

2026年5月20-22日

中国 · 上海

第十一届生物基大会暨展览（简称Bio-based 2026），由浙江省全省生物基高分子材料重点实验室联合宁波德泰中研信息科技有限公司（DT新材料）主办，旨在探索 “十五五” 生物基产业创新发展与合作。

11场特色论坛：“关键化学品与材料”、“国际合作”、“HMF-FDCA-PEF产业”、“生物基CASE创新应用”、“包装用生物基/可降解材料”、“鞋服用生物基材料”、“车用生物基材料”、“3D打印”农场基消费品创新、“产业投资与路演”、“前沿科技青年科学家论坛”等11场主题论坛，涵盖生物基产业从技术开发到应用落地的全产业链。

7大同期活动：生物基产业展览（1000+新品展示）；终端品牌需求对接专场；生物基材料标准评审会；新产品新技术发布会；生物基产业高层战略研讨会（第9期）等7大同期交流与对接活动。

1场行业评选：第四届新叶奖（NEW LEAF AWARD 2026）创新评选颁奖仪式将同期进行，首轮报名截止2月10日，设置四大奖项：创新材料奖/创新应用奖/最具商业价值奖/创新行业解决方案奖。

▌参考信息：本文部分素材来自公众号：解码生物合成。由作者重新编写，系作者个人观点，本平台发布仅为了传达一种不同观点，不代表对该观点赞同或支持。如果有任何问题，请联系我们：15356747796（微信同号）。