南京工业大学团队：创制“智能细胞工厂”实现“一菌双产”

中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 王琼 通讯员 杨芳）近日，南京工业大学跨学科师生团队成功创制“智能细胞工厂”，利用葡萄糖同步生产能生物合成“生物基聚酰胺PA54”的两种物质“生物基尸胺”和“生物基琥珀酸”。该研究破解传统工艺环保痛点，实现酸碱自中和与原位二氧化碳固定，取得了环境友好和碳减排的双重效果，打造了一种聚酰胺绿色低碳的生产方式。

生物基聚酰胺作为一种性能优异的生物基材料，广泛应用于纺织、工程塑料等领域，生物基聚酰胺PA54是聚酰胺家族的新成员，也是家族里的“环保优等生”，然而其须由“生物基尸胺”和“生物基琥珀酸”两种物质生物合成。该团队领衔指导教师陈可泉教授告诉记者，以往制造生物基聚酰胺PA54需先请两个不同的微生物团队，一个专门制造生物基尸胺，另外一个专门制造生物基琥珀酸。“就像做饭，得去A厨房蒸馒头，再去B厨房炖排骨，不仅流程长且复杂，而且两者工作时还会浪费资源，产生没用的废弃物。”指导教师之一冯娇副教授形象地补充道，“我们是把以前两个各自生产、浪费严重的作坊，变成了一个高效、自给自足，还能‘内部消化垃圾’的‘全能一体厨房’。”

团队总队长、南工大生物与制药工程学院生物工程专业学生朱楚宁介绍，在项目中，团队构建了“干实验”与“湿实验”双轨并行的研发策略，形成“设计-构建-验证-优化”的闭环，极大提升了研发的精准性与效率。

干实验组主要进行线上设计，搭建多尺度计算框架，通过系统动力学模拟、酶理性设计、代谢网络优化三大模块为湿实验组提供改造位点。其中利用AI辅助设计与理性改造，对关键酶——赖氨酸脱羧酶进行优化，使其酶活性提升113%。

湿实验组主要负责实验验证，他们利用合成生物学手段为菌株安装了“基因开关”，改造了关键酶、调控了辅因子，精准控制实现了“一菌双产”。“为了打造智能细胞工厂，我们选用大肠杆菌NT1003作为‘底盘细胞’，通过合成生物学手段，对其进行了精巧的设计改造。”湿实验组组长鹿晨曦介绍道，通过一个工程改造的大肠杆菌在有氧阶段智能地生长积累前体物质，在厌氧阶段同步生产“生物基尸胺”和“生物基琥珀酸”两个产物。

据了解，除了技术突破，该团队高度重视科普与推广，制定了“洞察—启动—改进”的人类实践模型，即挖掘社会需求与行业痛点，推进相关项目实践，再对实践过程优化完善，通过与企业、高校和公众的积极互动，普及生物基材料知识，提升社会对绿色制造的理解与接纳。朱楚宁表示，未来团队将继续推动“智能细胞工厂”的实际应用，让合成生物学的创新成果真正赋能环保产业，助力绿色低碳发展。