培植蓝细菌,直接利用二氧化碳,合成葡萄糖!合成生物学助力制糖业摆脱植物...
然而，面对全球气候危机和粮食短缺，科研人员正探索直接利用二氧化碳合成葡萄糖的途径。青岛能源所微生物制造工程中心通过蓝细菌平台，运用合成生物和系统生物技术，成功重塑了聚球藻细胞的光合代谢网络，实现了二氧化碳直接转化为葡萄糖，构建了一个无需植物生长周期的细胞工厂。
蓝细菌是一类能进行光合作用的原核生物，它们通常在水中或土壤中生长，并利用光能进行光合作用，以合成有机物质。蓝细菌的细胞结构简单，没有真核生物的细胞器，如线粒体和叶绿体等，但它们具有一种称为叶绿素a的绿色色素，能够吸收和利用光能，将二氧化碳和水转化为氧气和葡萄糖等营养物质。
细菌并非全都是腐生的分解者。实际上，细菌种类繁多，它们在生态系统中的角色各异。例如，蓝细菌就属于生产者，它们能够通过光合作用利用二氧化碳（CO2）合成有机物。这种能力使蓝细菌成为许多生态系统的初级生产者，为其他生物提供能量和营养来源。
衣藻是一种能进行光合作用的藻类，它具有叶绿体和叶绿素，能够利用光能合成有机物质（如葡萄糖和淀粉），并释放氧气。光合作用是植物、蓝细菌和某些原生生物使用阳光能量将植物的二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气的过程。
光合作用（Photosynthesis）是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为葡萄糖，并释放出氧气的生化过程。植物之所以被称为食物链的生产者，是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物所贮存的能量，效率为30%左右。
光合作用可分为光反应和暗反应（又叫碳反应）两个阶段。 1 光反应 条件：光照、光合色素、光反应酶。 场所：叶绿体的类囊体薄膜。 过程：①水的光解：2H2O→4[H]+O2↑（在光和叶绿体中的色素的催化下）。②ATP的合成：ADP+Pi→ATP（在光、酶和叶绿体中的色素的催化下）。
合成生物学对微生物细胞工厂的意义及改造途径
1、合成生物学通过精准调控微生物代谢途径，推动了微生物细胞工厂的高效构建与优化。基因组编辑技术，如CRISPR/Cas9，能够精确改造微生物基因组，进而调控代谢途径。这一技术的应用，使得科学家能够更有效地实现对微生物细胞工厂的控制。代谢工程则是另一种重要的改造途径。
2、微生物细胞工厂是合成生物学的重要领域，旨在利用微生物高效合成大宗化学品和天然产物，为资源、能源和环境问题提供解决方案。构建高效微生物细胞工厂的关键在于深入解析代谢调控机制，尤其在物质代谢和能量代谢两方面。在物质代谢方面，研究人员需挖掘或创建新酶元件以打通合成途径，实现从无到有的跨越。
3、利用合成生物学方法和理论，对生命过程或生物体进行目标设计、改造乃至重新合成，创造解决生物医药、环境能源、生物材料等问题的新“生命”，可能带来新一轮技术革命的浪潮，对解决与国计民生相关的重大生物技术问题具有长远的战略意义和现实策略意义。
4、这些细菌在底物利用、产物合成、抗逆性能方面具有优势，与模式细胞工厂形成互补，有可能设计出功能更强大的细胞工厂。酿酒酵母作为一种典型的模式真核生物，其对苛刻发酵条件的耐受性、基因工程操作的高效性和公认的安全性，使其在真核生物中最早成为细胞工厂。
什么是合成生物学?
合成生物学是一门结合了生物学、工程学以及计算机科学的前沿学科，它的主要目标是通过设计和构造新的生物部件、系统或生物体，以实现对生物功能的定制化操控。合成生物学涉及从微观到宏观的各个层面，它包括对生物分子、细胞乃至整个生物系统的研究。
合成生物学是在基因组学和系统生物学的基础上，融汇工程科学原理，综合利用分子生物学、化学、物理、数学、信息学和工程学的知识和技术，对生命系统进行重新编程改造或从头设计合成，创建新的生命体系。例如，通过合成生物技术，让酿酒酵母变身细胞工厂，生产红景天苷的过程。
合成生物学是一门跨学科领域，融合了分子生物学和工程学理论，旨在设计并构建复杂生物功能模块、系统乃至人工生命体。这项技术的应用范围广泛，包括特定化学物的生产、生物材料的制造、基因治疗以及组织工程等领域。
合成生物学，作为生物科学领域的一项新兴分支，近几十年来发展迅速。与传统生物学专注于解剖和分析生命体结构不同，合成生物学采用了一种自下而上的方法，即从最基本的生命单元出发，通过构建和整合各种组件，来设计和构建新的生物系统。
合成生物学的基本理念是，利用工程学的理论指导，设计并合成复杂的生物功能模块、系统乃至人工生命体。这种新兴的交叉学科旨在将这些生物系统应用于化学物生产、生物材料制造、基因治疗、组织工程等多个领域。合成生物学涵盖了微生物学、分子生物学、系统生物学、遗传学、材料科学以及计算机科学等多个学科。
什么是细胞工厂?
细胞工厂是一种人工模拟细胞内部环境的系统。以下是详细的解释：细胞工厂的概念：细胞工厂是模拟细胞内部环境，进行生物制造和研究的实验室系统。它提供了一个可控的环境，让研究人员能够在体外重现细胞内部复杂的生物化学反应。
细胞工厂是应用细胞生物学与分子生物学的理论和方法，将科学家们设计好的一段基因，插入到酵母细胞的体内，在基因的控制下，酵母细胞就像更新了操作系统，驱动体内的酶生产我们日常生活所需的物质。曾经需要从动植物资源中提取的产品，还有石油化工产品，现在都可以用合成生物学和细胞工厂制造。
核心就像细胞工厂的总部。它是细胞的染色体或和遗传密码的所在地，遗传密码是一条DNA链，如同工厂的蓝图核心一样。没有它，工厂将无法运行，整个瘫痪。这是大多数病毒（例如侵略我们身体防御组织的病毒细胞）试图解决和劫持的地方，以便它们可以使我们感染病毒、呈现病态。
第三代生物科技，就是我们今天讲的合成生物技术。通过设计改造微生物进行定向发酵，使细胞工厂可以高效生产目标产品。现在我们看到的植物天然产物、食品、生物可降解材料等多类产品，都可以用细胞工厂发酵生产。
合成生物制造(一):细胞工厂和底盘细胞
合成生物制造领域在2021年的研究与应用展现出蓬勃的发展态势，从高通量DNA合成和编辑技术的应用，到细胞工厂和生物体系的设计与改造，合成生物的物种和功能多样性得到了极大的拓展，细胞工厂的生物制造能力得到了显著提升。
这是合成生物学里面的概念，合成生物学的一个方向就是利用细胞平台，置入功能化的生物系统，使该细胞能够具备人类需要的功能。就好比汽车有了底盘才有基础，在这个基础上可以制造各种各样的车体，安装各种功能组件。
生物底盘这一概念，若指细菌（细胞）工厂，则代表了生物科技领域的一条重要路线。其之所以被视为必经之路，源自其实用性与强大的功能。人类与细菌的共生关系自古有之，无论是获取生命能量，还是免疫系统的自愈功能，甚至药物的治疗效果，背后实际上都是细菌在起着关键作用。
细胞工厂是一种人工模拟细胞内部环境的系统。以下是详细的解释：细胞工厂的概念：细胞工厂是模拟细胞内部环境，进行生物制造和研究的实验室系统。它提供了一个可控的环境，让研究人员能够在体外重现细胞内部复杂的生物化学反应。
合成生物最终要实现的是用细胞工厂替代原来石化机工厂或者植物提取、动物提取，后者消耗的能源更多，碳排放量更大，而通过细胞工厂生产能大大降低碳排放，还能提升效率。
如发现其他副产物产量很高，那就需要进入下一轮的DBTL循环，再次设计，编辑改进底盘细胞的基因，关掉不重要支路，加强合成途径。例如，通过合成生物技术，让酿酒酵母变身细胞工厂，生产红景天苷的过程。相比于从野生红景天中提取红景天苷，合成生物学的方法更加高效和低成本，还可以保护自然资源。
生物机器(6)关于“细胞机器”与“细胞工厂”之争
有人将微生物细胞比喻为“细胞工厂”，这一比喻确实颇有道理。在生物工业领域中，提出“细胞机器”一词，旨在强调以下几个关键点：首先，微生物细胞作为一种高效的生产装置而被使用。其次，微生物细胞作为生物体，其能量代谢驱动生产，体现了生命活动的本质。
③ 细胞机器的运行是在其所处环境下细胞遵循生物学规律自主代谢的过程（以细胞经济为中心的生命活动）。④ 细胞机器能够完成从有机原料到有机产品（目的产物）的全过程。⑤ 细胞机器的组成材料和另部件处于不断自我更新之中。
细胞结构包括细胞内的一切结构，如细胞核，生物膜系统，细胞骨架等 而细胞器只是细胞质里的一些带折光性的颗粒，这些颗粒多数具有一定的结构和功能，类似生物体的各种器官，包括线粒体；叶绿体；内质网；高尔基体；核糖体；溶酶体；液泡；中心体等。
如果我们把细胞比喻成一个工厂的车间，细胞膜就相当于车间的外墙、窗户和门，细胞器相当于车间里的机器，细胞核里的DNA相当于车间总指挥，细胞质则相当于车间中流动的空气。让我们来看一下，它们用到了哪些营养素： 人体所有细胞的 膜（包括细胞膜和细胞核的核膜等） 实际上主要是三种成分： 蛋白质、磷脂、胆固醇 。
生物还具有其他特征。除病毒以外，生物都是由细胞构成的。判断下列哪些是生物，哪些不是生物？机器人 钟乳石 珊瑚 珊瑚虫 太阳 水 树 人 动物 第二节 调查我们身边的生物调查的一般方法：明确调查目的。选择材料用具。方法步骤：（1）选择调查范围。（2）分组。（3）设计调查路线。（4）调查记录。
中间纤维按其组织来源和免疫原性可分为6类：角蛋白纤维，波形纤维，结蛋白纤维，神经纤维，神经胶质纤维和核纤层蛋白。 中间纤维与微管关系密切，可能对微管装配和稳定有作用。