合成生物學(xué)的影響力自21世紀(jì)以來(lái)迅速上升，它被喻為認(rèn)識(shí)生命的鑰匙、改變未來(lái)的顛覆性技術(shù)，利用合成生物學(xué)技術(shù)生產(chǎn)目的產(chǎn)物，具有高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此，運(yùn)用該手段針對(duì)各種化學(xué)品、新型非天然藥物、天然產(chǎn)物等的研發(fā)與應(yīng)用正在如火如荼地展開。
 

1、天然產(chǎn)物的合成生物學(xué)

天然產(chǎn)物的合成生物學(xué)主要被劃分為三個(gè)領(lǐng)域。

第一，對(duì)已知藥物進(jìn)行研究，這種目標(biāo)藥物的化學(xué)成分及其生物合成途徑是已知的，主要目標(biāo)是改進(jìn)生產(chǎn)過程，并在比天然藥物更容易控制的宿主體內(nèi)進(jìn)行。

第二，對(duì)存在的未知化合物進(jìn)行研究，這些化合物存在于細(xì)菌基因組，但尚未被發(fā)現(xiàn)，合成生物學(xué)的主要目標(biāo)是喚醒隱秘代謝物的生物合成，促進(jìn)它們的化學(xué)和功能表征，并最終利用已知的方法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。

第三，對(duì) “未知的未知”進(jìn)行篩選，基于當(dāng)前基因組的發(fā)現(xiàn)，這類屬于新化學(xué)類別的分子暫時(shí)還無(wú)法被發(fā)現(xiàn)。

 
2、微生物天然產(chǎn)物

微生物天然產(chǎn)物一直都是新型生物藥物創(chuàng)新的主要源泉，是目前開發(fā)臨床抗菌、抗腫瘤、免疫抑制劑等藥物的重要資源。隨著臨床耐藥菌的日益增多，新型病原菌和病毒的不斷出現(xiàn)，以及新骨架天然產(chǎn)物挖掘難度的逐漸增加，新型微生物藥物的開發(fā)正面臨著巨大挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的微生物藥物開發(fā)，是通過微生物經(jīng)大規(guī)模發(fā)酵培養(yǎng)和分離提取完成的，但是許多能產(chǎn)生有價(jià)值的活性化合物的天然菌株存在難以培養(yǎng)、生長(zhǎng)速率慢、產(chǎn)量低等缺點(diǎn)，限制了相關(guān)的工業(yè)化生產(chǎn)。

作為21世紀(jì)生命科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域內(nèi)催動(dòng)創(chuàng)新突破和學(xué)科交叉融合的前沿學(xué)科，合成生物學(xué)的崛起為解決藥物研發(fā)困境提供了新的思路和方法。在充分認(rèn)識(shí)微生物藥物合成途徑的前提下，基于合成生物學(xué)原理，可以通過設(shè)計(jì)和改造優(yōu)勢(shì)微生物菌株成為異源高產(chǎn)的底盤細(xì)胞，用于更多活性天然產(chǎn)物的生產(chǎn)，來(lái)突破天然藥物的生產(chǎn)瓶頸。

 
3、工程菌高密度發(fā)酵

提高工程菌的培養(yǎng)密度，提高產(chǎn)物的比生產(chǎn)率。

通過對(duì)生物合成天然產(chǎn)物的研究，尋找到天然產(chǎn)物合成中所需要的酶，通過設(shè)計(jì)特異性引物，來(lái)擴(kuò)增獲得目的DNA全長(zhǎng)片段，然后用相應(yīng)的限制性內(nèi)切酶對(duì)其進(jìn)行酶切，再用DNA 連接酶將其插入運(yùn)載體獲得重組DNA分子，最后將重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞，并使受體細(xì)胞進(jìn)行擴(kuò)增。常用的受體細(xì)胞有大腸桿菌，枯草桿菌，土壤農(nóng)桿菌，酵母菌和動(dòng)植物細(xì)胞等。（如圖1）
                                 
這種運(yùn)用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類、細(xì)胞株系，一般被稱為“工程菌”（如圖2）。工程菌生長(zhǎng)繁殖需要保證其生長(zhǎng)代謝所需的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度、限制阻礙生長(zhǎng)代謝的有害物質(zhì)的濃度、維持發(fā)酵溫度、pH值、溶氧量等參數(shù)的適宜范圍等。
 
           
為了提高工程菌的培養(yǎng)密度，提高產(chǎn)物的比生產(chǎn)率（單位體積單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的產(chǎn)量），通常會(huì)采用高密度發(fā)酵技術(shù)（即微生物在液體培養(yǎng)中細(xì)胞群體密度超過常規(guī)培養(yǎng)10倍以上時(shí)的生長(zhǎng)狀態(tài)的培養(yǎng)技術(shù)），這種技術(shù)不僅可以減少培養(yǎng)體積、強(qiáng)化下游分離提取，還可以縮短生產(chǎn)周期、減少設(shè)備投資，從而降低生產(chǎn)成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

高密度培養(yǎng)的途徑主要有透析培養(yǎng)、細(xì)胞循環(huán)培養(yǎng)、補(bǔ)料分批培養(yǎng)等。這種高密度培養(yǎng)技術(shù)和重組DNA技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,使得原來(lái)無(wú)法大量獲得的天然蛋白質(zhì)能夠規(guī)�；�生產(chǎn)。

霍爾斯（HOLVES）致力于發(fā)酵過程參數(shù)的調(diào)控研究，希望與各界研究人員共同討論發(fā)酵技術(shù)的改進(jìn)，共同提高發(fā)酵質(zhì)量。更多行業(yè)資訊與產(chǎn)品詳情，請(qǐng)點(diǎn)擊公司官網(wǎng)鏈接：http://www.holves.com/或掃碼關(guān)注霍爾斯（HOLVES）官方微信公眾號(hào)：