近日，本研究团队在高性能微生物细胞工厂领域取得重要突破，建立了一套系统性、定量化的合成生物学设计新方法，成功实现 β-法尼烯的超高效生物合成，摇瓶与发酵罐产量均创下原核生物体系全球最高纪录，为萜类化合物工业化生物制造提供了可复制的精准设计蓝图。

β-法尼烯是一类高价值萜类化合物，在生物燃料、香精香料、合成橡胶、医药中间体等领域应用前景广阔。长期以来，高性能微生物细胞工厂的理性设计与异源途径构建面临关键瓶颈：功能背后的定量机制认知不足，难以实现可预测、可量化的代谢调控，严重制约萜类生物制造的产业化进程。

针对这一难题，研究团队原创性提出 “点—线—体” 多层次定量空间组织策略，在大肠杆菌中对 β-法尼烯合成途径进行全维度精准工程改造：“点”优化：通过单酶同源筛选，优选高效异构酶 IDI，强化甲羟戊酸（MVA）途径通量；“线”协调：对途径模块进行重排与重构，建立k标度伽马分布模型，定量关联 RBS TIR强度与产物产量，实现酶表达水平理性可调；“体”组装：利用自聚集肽D18构建空间催化区室，结合温度与表达水平优化，显著提升催化效率与途径稳定性。

该集成策略实现了代谢流的精准调度与空间生物催化的高效协同，引入定量空间区室化策略后，摇瓶产量大幅提升至9.95 g/L；在5 L补料分批发酵体系中，最终产量突破62.29 g/L，生产效率达15.57 g/L/d，为目前实验室规模及原核底盘中已报道最高水平，为萜类化合物及其它高价值产物的细胞工厂构建提供了通用性、可预测、可放大的工程策略，推动合成生物学从 “试错设计” 迈向精准定量设计新阶段。

本文通讯作者为中国科学院青岛生物能源与过程研究所张海波研究员，上述工作得到中国国家自然科学基金、山东省泰山学者、青岛新能源山东省实验室开放课题等项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.176205