综述：以一碳化合物为原料的天然产物生物合成研究进展

（编辑推荐）本综述系统阐述了一碳（C1）化合物（CO2/甲烷/甲醇）转化为天然产物（NPs）的最新进展，涵盖生物催化剂设计、合成生物学工具（如多基因编辑）及合成微生物群落构建，为可持续生物制造（biomanufacturing）提供创新策略。

　　

生物合成途径：C1微生物的代谢蓝图
C1化合物（CO₂、甲烷、甲醇）的同化依赖于特定酶系统。甲烷通过甲烷单加氧酶（MMO）氧化为甲醛，Ⅰ型甲烷氧化菌通过RuMP循环固定碳，而甲基营养酵母则通过糖酵解途径代谢。CO₂的固定则依赖卡尔文循环或还原性TCA循环。这些初级代谢产物进一步通过聚酮合酶（PKS）、非核糖体肽合成酶（NRPS）等途径合成高价值天然产物（NPs），如抗生素或萜类化合物。

合成生物学工具：破解非模式菌瓶颈
由于多数C1微生物为非模式菌（如甲烷氧化菌），其遗传操作面临工具短缺难题。近年来，CRISPR-Cas9适配、启动子工程和动态调控系统（如代谢开关）的应用显著提升了基因编辑效率。例如，在甲基球菌（Methylococcus）中构建的甲醛响应型启动子实现了NPs合成途径的自动调控。

过程优化：从实验室到工业化
发酵工艺优化（如气体传质增强、两相培养系统）解决了C1底物溶解度低的问题。合成微生物群落通过分工协作（如甲烷氧化菌与异养菌共培养）提升了NPs产率，但群落稳定性仍是挑战。

挑战与展望
当前瓶颈包括C1代谢通量分配失衡、NPs合成副产物累积等。未来需开发原位产物分离（ISPR）技术，并结合机器学习优化代谢网络。C1-NPs技术有望颠覆传统制药原料依赖，推动"负碳生物制造"实现。

结论
C1-NPs生物合成将环境治理与高值化生产结合，尽管存在技术壁垒，但其在碳中和目标下的战略意义已获学界共识。随着合成生物学与发酵工程的深度融合，该领域或将成为绿色制造的核心引擎。