换一批体外生物转化(ivBT):生物制造的新前沿
In vitro BioTransformation(ivBT):a new frontier of industrial biomanufacturing
摘要人类社会的重大挑战(如粮食安全、能源安全、气候变化与双碳目标等)驱动全社会寻求创新型技术解决方案.体外生物转化(invitro biotransformation,ivBT)是介于微生物发酵与酶催化之间的新质生物制造平台,多酶分子机器是其超限生物催化剂.它基于大道至简原则,利用多个天然酶、人工酶以及(仿生/天然)辅酶等重构生化途径,摆脱生物体生存局限(如细胞复制、基础代谢、复杂调控和能量供给等),超越细胞合成极限,实现重要生物转化与超限能量转换,尤其是生产低值大宗产品与新能源产品等.工业生物制造的三个平台技术分别是基于细胞工厂的发酵、基于酶分子的生物催化与基于多酶分子机器的ivBT.本综述对ivBT给出明确定义,阐明其多酶途径设计原则与产业化技术研发路径,比较该平台与现有生物制造平台相似性与不同点,介绍多个代表性案例,以及讨论其未来的机会与挑战.ivBT技术发展采用设计-构建-判决-优化的线性策略,开发能够满足国家需求的超高效多酶分子机器.利用ivBT有望形成超过30万亿元生物产品的工业生物制造,助力实现人类社会的多项重要需求,如粮食安全、新型能源体系等.人造淀粉不仅可以帮助中国端牢粮食饭碗,而且将是一个全新且安全的高密度储氢载体(比压缩氢气高2.5倍)与高能储电介质(比锂电池高10倍).
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关键词
体外合成生物学工业生物制造体外生物转化多酶分子机器粮食安全in vitro synthetic biologyindustrial biomanufacturingin vitro biotransformationin vitro synthetic enzymatic biosystemfood security
分类号
Q819（生物工程应用）
栏目名称
DOI
10.12211/2096-8280.2024-004
发布时间
2025-01-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
基金项目
国家重点研发计划（2022YFA0912300）
国家自然科学基金（NSFC32271544）
合成生物学海河实验室颠覆性创新项目（22HHSWSS000155）
天津市合成生物技术创新能力提升行动项目（TSBICIP-CXRC-067）
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