文章核心观点 - 为实现绿色可持续转型，以极端微生物为核心的“下一代生物制造技术”是解决当前工业生物制造高耗能、高耗水、工艺不连续等瓶颈的关键方向 [2][3] - 极端微生物，特别是盐单胞菌，凭借其在严苛环境下的生长能力和强大的抗污染特性，是实现无需灭菌、开放式连续发酵的理想底盘，能显著降低生产成本和能耗 [3][6][8] - 基于盐单胞菌开发的下一代生物制造技术，通过系统性的遗传操作、代谢工程和工艺创新，已成功应用于生产生物可降解材料和高附加值化学品，并实现了万吨级的工业化生产，展示了广阔的商业化前景 [9][25][39] 基于极端微生物的下一代生物制造技术概述 - 当前工业生物技术面临高能耗灭菌、难以连续生产、成本竞争力不足等关键瓶颈 [8] - 下一代生物制造技术利用极端微生物作为底盘菌株，能显著降低灭菌能耗、简化操作流程、提高生产连续性 [8] - 极端微生物主要分为嗜热菌、嗜酸碱菌和嗜盐菌三大类群，各自在特定极端环境下具有抗杂菌污染、节省成本等工业价值潜力 [11][14] 盐单胞菌的核心技术进展 - 盐单胞菌 Halomonas bluephagenesis TD01 分离自新疆艾丁湖，具有耐受高盐高碱、抗杂菌污染强、细胞壁易破裂便于产物提取等显著优势 [13][15] - 遗传操作工具已形成综合体系，包括基于SEVA的载体、CRISPR系统、小分子RNA调控以及革命性的正交转录突变系统，后者可实现1天内突变率提升150万倍的超快速蛋白质进化 [16][17] - 代谢工程策略多样，包括优化细胞形态以促进产物积累、改造外膜结构增强通透性、调控细胞内氧化还原平衡，以及开发自诱导表达和智能自裂解系统，以降低生产成本 [20][21][23][24] 盐单胞菌的生物制造应用开发 - 盐单胞菌能高效合成生物可降解材料PHA及多种高附加值化学品，已成为兼具“生物材料工厂”与“高值化学品合成平台”双重功能的超级微生物底盘 [26][31] - 在PHA生产方面，通过代谢工程可使PHB产量达细胞干重的90%，并能生产多种共聚物，已通过200-400立方米生物反应器的规模化生产验证 [23][27] - 在高值化学品生产方面，实现了包括3-羟基丙酸（154 g/L）、甲羟戊酸（121 g/L）、γ-氨基丁酸（880 g/L）以及四氢嘧啶、β-胡萝卜素等多种产品的高效合成 [30] - 在废弃物资源化利用方面，工程化菌株能利用淀粉、木质纤维素水解物、餐厨垃圾水解液乃至乙酸和CO₂等廉价或废弃碳源进行生产，例如以餐厨垃圾水解液为原料在7-L反应器中细胞干重达70 g/L [33][34] 产业实践与未来展望 - 下一代生物制造技术的核心优势在于利用极端微生物实现开放发酵，从而具备高底物转化率、低能耗、节水及环境友好等特点，并可通过诱导微生物自絮凝简化下游分离 [36] - 该技术已在中国实现工业化，微构工场已建成全球首个万吨级PHA生产线，并与安琪酵母合作拓展多元化终端应用产品 [39] - 未来突破需系统整合高效菌种筛选、跨物种基因表达工具、多位点基因编辑、代谢模型与智能生物反应器等前沿技术，并依托“双碳”政策支持，构建完整的产业生态链 [41]