综述：通过基因组编辑和系统生物学技术实现工业相关微生物的渐进性菌株改良

《Systems Microbiology and Biomanufacturing》：Progressive strain development of industrially relevant microbes via genome editing and systems biology

【字体：大中小】 时间：2026年10月22日 来源：Systems Microbiology and Biomanufacturing 3.5

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　　摘要微生物是现代工业生物技术的基础；然而，野生型菌株通常具有亚最佳的代谢通量分布、调控限制以及有限的产品产量。为了解决这些局限性，菌株改进策略已经从传统的诱变和重组方法发展到了精确的基因组级工程。重组DNA技术，包括原生质融合、转导和接合，结合先进的CRISPR系统（Cas9、C

摘要

微生物是现代工业生物技术的基础；然而，野生型菌株通常具有亚最佳的代谢通量分布、调控限制以及有限的产品产量。为了解决这些局限性，菌株改进策略已经从传统的诱变和重组方法发展到了精确的基因组级工程。重组DNA技术，包括原生质融合、转导和接合，结合先进的CRISPR系统（Cas9、Cas12、碱基编辑和Prime编辑），现在能够实现高保真的可编程、位点特异性的基因组修饰。多组学平台（基因组学、表观基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学）与单细胞测序、通量组学以及基于约束的代谢建模的整合，使菌株工程成为一门具有预测性和系统驱动性的学科。这些方法有助于合理重组代谢途径、平衡代谢流以及调控回路，从而提高生产力和稳定性。本文综述了从传统菌株改进到基因组级设计策略的进展，并评估了优化细菌和真菌细胞工厂的方法。此外，还讨论了工业转化、可扩展性限制以及开发可持续和低碳高效生物制造所需的韧性微生物平台的新机遇。

图形摘要

微生物是现代工业生物技术的基础；然而，野生型菌株通常具有亚最佳的代谢通量分布、调控限制以及有限的产品产量。为了解决这些局限性，菌株改进策略已经从传统的诱变和重组方法发展到了精确的基因组级工程。重组DNA技术，包括原生质融合、转导和接合，结合先进的CRISPR系统（Cas9、Cas12、碱基编辑和Prime编辑），现在能够实现高保真的可编程、位点特异性的基因组修饰。多组学平台（基因组学、表观基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学）与单细胞测序、通量组学以及基于约束的代谢建模的整合，使菌株工程成为一门具有预测性和系统驱动性的学科。这些方法有助于合理重组代谢途径、平衡代谢流以及调控回路，从而提高生产力和稳定性。本文综述了从传统菌株改进到基因组级设计策略的进展，并评估了优化细菌和真菌细胞工厂的方法。此外，还讨论了工业转化、可扩展性限制以及开发可持续和低碳高效生物制造所需的韧性微生物平台的新机遇。