萜类化合物是自然界中规模最大、结构多样性最丰富的天然产物家族，兼具独特的生物活性与理化特性，在生物医药、功能食品、高端化妆品及生物能源等诸多领域具备极高的应用价值与产业化潜力。目前，工业获取萜类化合物的主流方式为植物直接提取，但该生产模式存在显著短板。一方面，天然植物中萜类物质含量极低，提取纯化工艺复杂、产物收率低；另一方面，生产高度依赖天然植物资源，受生长周期、种植环境、气候条件等因素限制，存在资源稀缺、供给不稳定、生态成本高等问题，难以满足各行业规模化、可持续的应用需求。因此，突破传统植物提取的技术桎梏，开发绿色高效、可持续的萜类合成技术，已成为天然产物生物制造领域的研究热点。
依托合成生物学技术构建微生物细胞工厂，异源合成植物源萜类化合物，是替代传统提取工艺的核心可持续方案。在众多微生物底盘中，光合蓝藻凭借独特的生理代谢优势，成为萜类生物合成的理想宿主。蓝藻作为光合自养原核微生物，自身固有MEP代谢途径，可高效合成萜类生物合成的关键前体物质，为萜类合成奠定了天然代谢基础。同时，蓝藻细胞富含类囊体膜系统，能够为萜类合成关键酶CYP450提供稳定的膜锚定位点，保障酶蛋白的正常折叠与功能发挥。此外，蓝藻光合电子传递链可在光合作用过程中持续供应充足的还原力NADPH，有效解决萜类合成过程中辅因子不足的核心问题，相较于异养微生物底盘，具备能耗低、碳源可再生、环境友好等突出优势。
基于蓝藻底盘的萜类生物合成研究已取得系列阶段性进展，但目前仍存在代谢通量失衡、关键酶活性不足、产物反馈抑制、宿主代谢负荷过高等关键瓶颈，制约了萜类产物产量与合成效率的提升，难以实现工业化量产。为突破上述技术难题，各类前沿合成生物学策略已逐步应用于蓝藻代谢改造。
本文系统综述了光合蓝藻异源合成植物源萜类化合物的最新研究进展，深度剖析了当前限制蓝藻底盘高效合成萜类的核心瓶颈与技术痛点，重点梳理了CRISPR介导基因编辑、RNA干扰、微生物共培养、酶分子定向改造及系统代谢工程等前沿优化策略。通过多维度代谢改造手段，可有效优化蓝藻内源代谢通路、提升关键酶催化效率、平衡细胞代谢负荷，显著提高萜类化合物合成产量。该综述旨在为高性能蓝藻萜类细胞工厂的设计与构建提供理论支撑，为植物源萜类活性物质及各类高附加值天然产物的绿色、可持续生物合成与产业化开发提供重要参考。
原文链接：Engineering phototrophic cyanobacteria as a robust platform for production of plant-derived bioactive terpenoids