近期，我校生物工程学院陈修来教授团队在《FEMS Microbiology Reviews》发表了题为“Hierarchical metabolic engineering for rewiring cellular metabolism”的综述论文。该论文系统总结了代谢工程领域从单点调控到层级化系统重构的研究进展，提出了细胞代谢重编程的分层框架与策略，为智能化细胞工厂的理性设计提供了系统理论支撑与方法指导。
代谢工程旨在通过改造微生物的代谢途径，实现物质转化过程的高效与可控，是生物制造和绿色化学的重要支撑技术。随着合成生物学、系统生物学和计算设计等领域的协同发展，代谢工程正逐步形成多层次、可编程、可预测的研究体系。该综述从“层级结构—系统协调—智能优化”的角度，对代谢工程的分层调控体系进行了系统梳理，涵盖从酶部件到细胞整体的五个层次：部件层、通路层、网络层、基因组层和细胞层。
文章重点阐述了在部件层如何通过酶工程、启动子优化与密码子重构实现可预测的功能模块化；在通路层通过辅酶重定向、相分离和细胞器化等手段提升代谢通量；在网络层通过调控因子工程与信号网络重构缓解代谢负担；在基因组层应用CRISPR与高通量编辑实现快速组合优化；在细胞层则关注资源分配、代谢稳态与耐受性平衡等系统层面问题。同时，论文还系统总结了机器学习、计算建模与高通量实验在层级代谢设计中的新兴作用。
该综述强调，未来代谢工程的发展将依托标准化元件库、自动化生物铸造平台及人工智能设计，实现跨层级的精准调控与快速进化，推动代谢网络向可编程、可预测、可再利用的方向发展。这一工作为复杂代谢系统的系统化改造提供了新思路，为绿色生物制造与合成生物学的持续创新奠定了重要基础。
陈修来教授为论文的通讯作者，我校2025级博士生柴甜甜为第一作者。上述研究得到了国家自然科学基金（22378166）、江苏省合成生物学基础研究中心（BK20233003）、中央高校基本科研业务费专项资金（JUSRP622001）等项目的资助。
近年来，陈修来教授团队长期从事系统代谢工程与合成生物学研究，在微生物细胞工厂设计、构建、评估和应用方面取得了系列创新成果。相关研究成果已发表在Nature Catalysis (2022，2021)、Nature Communication (2020)、Energy & Environmental Science (2024)、Science Bulletin (2025)、Chinese Journal of Catalysis (2025，2024)、Chemical Engineering Journal (2025，2024)等本领域权威期刊。
论文链接：https://doi.org/10.1093/femsre/fuaf047
图文摘要
