中科院天工所张学礼研究员团队综述:微生物细胞工厂
1、从物质代谢和能量代谢两方面系统阐述的合成代谢调控机制，推动了微生物细胞工厂在产业应用中的发展。通过解析代谢调控机制，团队构建了一系列化学品的微生物细胞工厂，实现了多项产品的产业化，创造了显著的经济价值。
2、张学礼团队在大肠杆菌中创制的细胞工厂，用于厌氧生产l-丙氨酸、l-缬氨酸、d-乳酸、丁二酸，已经在国内实现了万吨级产业化。同时，国内外企业利用大肠杆菌生产1，3-丙二醇、l-赖氨酸、l-苏氨酸等，规模也达到了数十万吨至百万吨级别。
3、因此，提高底物的利用率成为建设高效类胡萝卜素细胞工厂的关键问题。最近，天工所的张学礼和毕昌昊等人在Microbial Cell Factories杂志上发表了题为“Manipulating the position of DNA expression cassettes using location tags fused to dCas9 （Cas9-Lag） to improve metabolic pathway efficiency”的文章。
4、化学品生物合成代谢网络的计算模拟与途径设计，负责人：孙际宾，项目来源：973计划课题。 利用ΔSRP抑制子挖掘蛋白转运新途径的基础研究，负责人：张大伟，项目来源：NSFC面上。 大肠杆菌异丁醇合成途径中还原力调控的机制研究，负责人：张学礼，项目来源：NSFC面上。
化学制药和生物制药的区别
原料来源不同。生物制药主要利用生物体或其部分生产药物；化学制药则是通过化学手段合成药物。 生产方式不同。生物制药注重生物技术的运用，如基因工程、细胞培养等；化学制药依赖于化学反应和有机化学过程。 药物特性及作用机制不同。
区别：生产方式不同 生物制药，利用生物代谢产生药物，比如发酵工程产生的胰岛素，化学制药是利用人工合成药物，用化学手段进行药物合成。副作用大小不同 化学合成的容易产生副产物，然后有副作用，而生物制药不同意产生类似的反应。
在制药领域，化学制药与生物制药存在显著差异。首先，它们的生产方式截然不同。化学制药依赖于化学手段进行药物合成，通过人工过程制备药物分子。相比之下，生物制药则通过生物体的代谢过程产生药物，比如发酵工程中产生的胰岛素，这种药物来源于活细胞的活性物质。其次，两者在副作用方面也有所不同。
生物制药是利用微生物学、生物学、医学、生物化学等领域的成果，从生物体、生物组织、细胞、体液等来源，综合运用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药理学等原理和方法制造的药品。这类药品主要用于预防、治疗和诊断疾病。 化学制药则是指通过传统的化学方法合成的药物。
化学制药和生物制药的主要区别体现在多个方面。首先，在原料药的来源上，生物制药主要依赖于发酵、单体克隆和生物半合成等过程，这些过程通常涉及大分子的制造。而化学制药则主要通过有机合成或从天然产品中提取原料药，这些原料药通常属于小分子范畴。其次，核心技术的差异也十分显著。
什么是细胞化工厂?
1、学习过生物学的人都知道，不论是动物、植物的细胞，还是单细胞的微生物，都是一个特殊的工厂。细胞中能合成生命活动必需的物质，比起化工厂来，细胞的本领要大得多。它不仅能合成简单的甘油和醋酸，而且能合成极其复杂的蛋白质、核酸等。而它的经济性和有效性，令我们的化学家也惊叹不已。
2、细胞膜内部是细胞质，这是一片含有胶状物质的区域。在细胞质中，存在核糖体，它们是合成蛋白质的场所，可以看作是细胞的“化工厂”。 细胞质内还包含着遗传物质，这些物质呈环状结构。环状的遗传物质包含了指导细胞活动的所有指令，例如蛋白质合成的指令。
3、微生物虽小得人眼看不见，但本领神奇，每个微生物细胞其实都是一个最先进的生物化工厂。厂内的生产流水线数量惊人，微生物学家称之为“代谢途径”，生产线上的操作员是细胞所特有的“酶”，它们构成网络，协调有序同时工作。细胞合成产品的速度令人难以置信。
4、细菌细胞的结构是由细胞壁的化学成分决定的。坚硬的细胞壁有助于保护细菌细胞。细胞壁内是细胞膜，它负责控制细胞内外物质的进出。细胞膜内的区域称为细胞质（cytoplosm），其中含有胶状物质。在细胞质中，有一些细微的结构，叫做核糖体。核糖体（ribosome）是合成蛋白质的“化工厂”。
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。
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。