综述：合成甲基营养型：改造微生物以实现从C1化合物的可持续生物制造

这篇综述聚焦合成甲基营养型（synthetic methylotrophy）这一前沿领域，探讨如何通过改造微生物（如Escherichia coli和Saccharomyces cerevisiae）将工业排放的温室气体衍生物（如甲醇）高效转化为高附加值生物产品（如化学品、药物、燃料）。文章系统分析了当前代谢工程（metabolic engineering）在甲醛解毒、酶优化方面的进展，同时指出甲醇摄取效率低和毒性问题等挑战，强调整合合成生物学（synthetic biology）技术与深化C1代谢通路研究的必要性，为可持续生物制造提供新思路。

　　

Abstract

温室气体回收利用是实现循环碳经济的关键。以一碳（C1）化合物（如甲醇）为原料的生物制造技术，正推动新一代可持续生产模式的诞生。合成甲基营养型通过工程化改造微生物，赋予非天然甲基营养菌（如Escherichia coli）利用甲醇的能力，从而生产工业化学品、药物等高价值产物。尽管天然甲基营养菌具备甲醇代谢通路，但其遗传工具匮乏和代谢效率低下限制了应用。

工程化策略与挑战

通过引入异源基因（如来自Bacillus methanolicus的甲醇脱氢酶MDH）和优化核糖单磷酸（RuMP）循环，模型菌株的甲醇转化效率显著提升。然而，甲醛中间体的积累导致细胞毒性，需通过增强谷胱甘肽依赖的甲醛脱氢酶（FrmA）表达来缓解。近期研究还发现，动态调控甲醇利用与中心碳代谢的耦合能进一步提高产量。

未来方向

整合CRISPR-Cas9基因编辑和机器学习驱动的酶设计，有望解决甲醇摄取速率低的瓶颈。此外，评估C1生物制造的经济性（如甲醇成本与产物产率的平衡）对规模化应用至关重要。该领域的发展将为碳中和目标提供创新解决方案。