综述：微藻生物工程在合成生物学与太空生物学中的未来应用

这篇综述系统探讨了CRISPR基因编辑(GE)与合成生物学(SynBio)技术在微藻工程中的应用，重点聚焦于解决地球环境危机和太空生命支持系统(BLSS)的挑战。文章阐述了如何通过代谢通路工程增强微藻的光合效率(O2/CO2转化)、营养生产及极端环境(微重力/辐射)适应性，为可持续太空探索提供创新方案。

　　

微藻：从地球生存大师到太空殖民先锋

极端环境的生物解决方案
面对地球气候恶化和太空探索需求，微藻这种经历五次大灭绝的古老生物展现出惊人潜力。这些单细胞光合微生物通过表型可塑性和代谢灵活性，能在极地、深海甚至太空站存活。其光合系统每小时转化CO₂效率达植物的10倍，1立方米藻类即可满足成人日需O₂量，使其成为生物再生生命支持系统(BLSS)的核心组件。

CRISPR开启精准改造时代
传统诱变技术正被CRISPR-Cas9系统取代。通过敲除光呼吸相关基因RBCS2，研究者将莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)生物量提升40%；在三角褐指藻中编辑脂质合成基因DGTT，使 biodiesel前体产量翻倍。新型碱基编辑器ABE8e更实现单碱基精准调控，克服了微藻基因组多倍体带来的编辑难题。

太空特需改造方向
针对太空环境的关键改造包括：

1. 辐射抗性：过表达SOD和DNA修复酶RAD51的工程藻株，在模拟火星辐射下存活率提高300%
2. 微重力适应：通过合成基因电路(synthetic gene circuits)动态调控细胞骨架蛋白表达
3. 营养强化：将维生素B₁₂合成途径导入小球藻，解决太空饮食缺陷

创新技术融合生态
多组学分析揭示，太空藻类需要重构20%代谢网络。人工智能(AI)模型AlphaFold3预测的蛋白结构，指导设计了新型光系统II杂交体。纳米材料如石墨烯量子点提升基因递送效率达92%，而类器官芯片实现编辑效果的太空环境模拟验证。

监管与商业化挑战
虽然GRAS认证的藻株如雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)已用于ISS实验，但太空基因漂流风险仍需评估。欧盟新型食品法规要求CRISPR编辑藻类需全基因组测序(WGS)认证，这促使开发了微型纳米孔测序仪供太空站使用。

未来星际农场蓝图
正在测试的月球温室原型结合3D生物打印技术，构建了微藻-植物共生系统。计算显示，200升工程藻反应器即可满足火星基地4人团队70%的O₂和30%营养需求，将有效载荷减轻8吨。随着Blue Origin等商业公司加入，预计2030年前将建成首个地外藻类生产基地。

从实验室到星际的未竟之路
当前最大障碍是长期太空环境中基因稳定性问题。国际空间站(ISS)最新实验显示，经过12个月轨道运行的编辑藻株出现非预期甲基化变异。这促使开发了太空专用CRISPR-Cas12f迷你系统(仅700bp)，其编辑精度在模拟深空环境中表现优异。