综述：合成生物学在培养肉生产中的应用

本综述系统阐述了合成生物学（Synbio）在培养肉（CM）生产四个关键阶段（细胞系筛选、扩增、分化和产品加工）的应用突破。通过构建微生物细胞工厂和工程化调控系统，Synbio有效解决了细胞低成本增殖、分化动态调控、支架材料设计等产业化瓶颈，为替代蛋白可持续发展提供了关键技术支撑。

　　

Abstract

Background

细胞农业通过生物反应器生产分子水平等同于传统肉类的培养肉（CM），可显著降低温室气体排放和资源消耗。然而当前生产成本高昂、规模化困难，需要合成生物学（Synbio）技术推动产业化进程。

Scope and approach

本综述从细胞系分离、细胞扩增、细胞分化及产品加工四个核心阶段，系统分析Synbio在CM生产中的技术优势与解决方案。重点探讨工程化微生物生产生长因子、动态代谢调控体系构建等创新策略。

Key findings and conclusions

Synbio通过以下途径提升CM生产效率：利用微生物细胞工厂低成本生产重组生长因子（GFs），替代昂贵血清；开发磁激活分选系统（MACS）快速分离肌肉干细胞（MuSCs）；设计代谢开关动态调控细胞增殖/分化转换；合成可食用支架材料改善肉质纹理。未来融合人工智能的模块化生物元件组装，将实现CM生产效率和功能性的双重突破。

Introduction

随着全球肉类需求增长（预计达47.9 Mt），培养肉作为细胞农业的核心领域，其生产流程面临四大技术挑战：稳定细胞系建立、无血清培养基开发、增殖-分化过程调控、产品感官营养优化。Synbio通过基因线路设计、代谢通路重构等工程化手段，显著降低生产成本并提升定制化潜力。尽管消费者接受度（仅11%初始选择率）和监管政策（欧盟EC No 1829/2003）仍是产业化障碍，但美国、新加坡等地已实现CM合法销售。

Recent development of synbio

Synbio采用自上而下（改造天然系统）和自下而上（人工组件组装）双路径策略。CRISPR基因编辑、蛋白质工程等工具加速了细胞工厂构建，为CM生产提供模块化技术平台。

Cell isolation and sorting

通过转基因技术使MuSCs表达表面标记蛋白（如Pax7），结合磁珠分选（MACS）或荧光激活分选（FACS），可实现高纯度干细胞分离。基因回路调控的报告系统（如GFP标记）进一步简化筛选流程。

Application of synbio during cell proliferation

利用毕赤酵母等微生物工厂生产重组胰岛素样生长因子（IGF-1）、成纤维细胞生长因子（FGF-2），使培养基成本降低80%。工程化细胞能量代谢通路（如糖酵解强化）可提升增殖速率，而温度诱导型基因开关实现增殖过程精准控制。

Applications of synbio during cell differentiation

设计缺氧响应元件调控肌球蛋白重链（MyHC）表达，模拟体内分化微环境。合成Notch信号通路抑制剂促进肌管形成，同时代谢工程改造脂肪前体细胞共培养，增强CM风味物质积累。

Strategies of CM product processing

通过微生物合成血红蛋白（血红蛋白V_max提升3倍）改善产品色泽，代谢工程改造谷氨酰胺转氨酶（TGase）增强质地。3D打印技术结合合成生物聚合物（如明胶-壳聚糖复合材料）精准模拟肌肉纹理。

Conclusion and future perspectives

Synbio正推动CM从实验室走向产业化，未来需突破：①人工智能辅助设计高产细胞工厂；②微流体系统实现连续化生产；③多组学技术优化产品营养谱。跨学科技术融合将最终实现CM的成本竞争力和市场普及。