2025年5月10日下午，清华大学长聘教授，生物化工研究所所长，工业生物催化教育部重点实验室主任，清华大学合成与系统生物学中心副主任，国家杰出青年科学基金获得者李春教授做客“北大、清华两校名师讲堂”，面向生命科学学院师生作“设计微生物细胞工厂制造植物天然产物”主题学术报告。报告会由烟台大学生命科学学院院长孙利芹主持。

在全球科技竞争日益激烈的背景下，合成生物学作为新兴交叉学科，正成为推动生物制造产业升级、实现绿色可持续发展的核心驱动力。李春教授在学术汇报中系统阐述了合成生物学的发展背景、国际格局、中国研究进展及关键技术突破，并结合团队在植物天然产物微生物合成领域的实践，提出未来发展的战略方向。

首先，李春教授指出近年来中美欧三足鼎立的合成生物学发展格局因俄乌冲突等国际形势发生变动，欧洲研发投入受限，中美成为该领域的主导力量。美国通过《国家生物技术与生物制造计划》《无尽前沿法案》等政策，明确将合成生物学列为战略重点，旨在巩固其全球领导地位。中国则自2010年起通过“973计划”“863计划”等持续布局，并于2018年启动“合成生物学重点专项”，2020年开展绿色生物制造专项。逐步构建起覆盖基础研究到产业化的全链条创新体系。发展合成生物制造意义重大，它有助于实现双碳目标，应对产业结构调整、能源碳税等挑战，在生物基材料、粮食安全和健康生活等领域也发挥着关键作用。然而，中国仍面临关键技术与装备的“卡脖子”问题。例如，实验室中99%的酶、载体和底盘细胞依赖进口，产业化应用时需支付高昂专利费。以CHO细胞（中国仓鼠卵巢细胞）为例，其表达系统专利长期被美国垄断，国内企业每使用一次需支付数千万授权费。李春教授强调，突破底层技术、研发自主知识产权的生物元件，是引领第四次产业革命关键。

进一步地，李春教授围绕微生物细胞工厂制造植物天然产物进行了深入的汇报。李春教授团队以萜烯类和萜烯皂苷为重点。萜烯类化合物以异戊二烯焦磷酸为单体，经不同缩合形成多种产物，像薄荷醇、青蒿酸、胡萝卜素等。三萜类化合物在植物细胞中可通过MVA途径和MEP途径合成，其合成的氧化鲨烯经多步反应能产生众多结构。团队以甘草为切入点，甘草中的甘草酸是重要成分，在止咳、牙膏、保肝护肝等领域应用广泛。但传统获取甘草酸的方式是挖根提取，不仅破坏生态，资源也逐年减少，甘草已被列为国家重点保护野生植物。为解决这些问题，团队从微生物中寻找新方法。在微生物细胞工厂构建中，团队早期从甘草地采集土样分离微生物，筛选出能转化甘草酸的真菌，发现其具有不同催化模式，进而深入研究酶的催化机制。通过克隆基因、在酵母中表达纯化蛋白，解析酶的结构，实现了对酶的理性设计，提高了催化得率。针对酶不耐热的问题，团队从耐热微生物的酶中获取灵感，通过定点突变、移植结构等策略，成功提高了酶的耐热性，使中式转化的产量和转化率大幅提升。之后，团队尝试利用微生物发酵制造甘草酸，建立特种植物代谢组和转录组数据库，选择酵母细胞为底盘细胞。以合成生物学的Design - Build - Test - Learn（DBTL）循环为指导，开展相关研究。通过引入环化酶、氧化酶、糖基转移酶等，对酵母细胞代谢通量进行调控，实现了多种三萜化合物的合成。在合成过程中，针对不同化合物的特点，采取了多种优化策略。如增加酶的活性、供给前提物、扩大油滴提高疏水性化合物的排出效率等，逐步提高了化合物的产量。部分已达到克级水平，具备与企业合作的条件。对于氧化过程中最难的步骤，团队利用植物中p450酶的特点，通过与不同的CPR匹配，优化反应条件，提高了氧化产物的产量。在糖基化方面，研究了糖基转移酶的作用机制，解决了糖基化过程中的关键问题，实现了甘草酸等化合物的糖基化，提高了其溶解度、利用度，并降低了毒性。此外，团队还发现了一些新的科学问题，如底物进入催化活性中心的机制、酶的结构与催化效率的关系等，通过深入研究提出了对p450酶活性口袋和底物通道的改造策略，实现了更精准的催化反应，合成了多种稀有的甘草三萜化合物。

除甘草外，团队还开展了人参皂苷、淫羊藿素等植物天然产物的微生物合成研究。在人参皂苷研究中，李春教授的学生提出研究五环三萜人参皂苷Ro，该化合物具有抗凝血和抗肠炎等特殊功能，且在人参皂苷中含量最低。研究过程中遇到了与其他团队研究内容相似的问题，但通过分析差异、强化自身创新点，最终成功发表文章，提高了化合物的产量。在淫羊藿素研究中，尽管起初学生积极性不高，但随着淫羊藿素软胶囊作为临床肝癌一线用药上市，团队加大研究力度，攻克了合成路线，提高了产量。

最后李春教授分享了在技术创新融合层面，如何把人工智能大数据跟合成生物学和生物制造结合到一起。李春教授提出生物设计自动化理念，搭建了四个平台。智能设计平台与计算机系合作，实现相关软件数字化；自动化工作站用于基因线路和细胞工厂快速构建；利用实验室自创的高通量单液滴单细胞快速检测方法进行高通量测试；构建人工智能学习平台实现机器读文献和迭代算法。基于此，开发了“精微开物”小程序，用于酵母细胞拟合成设计，成功解决了淫羊藿素和光甘草定的合成难题。此外，还构建了生物化学拟合成路径的智能规划和工业酶智能设计系统，这是全球首个化学生物和细胞全合成生物技术融合路径的规划和推荐平台。

高山仰止，景行行止。在汇报过程中，李春教授以其丰富深厚的学识，高度精湛的专业素养，为师生们呈现出一场精彩纷呈、发人深省的学术盛宴，带领大家遨游合成生物学制造植物天然产物的前沿领域，领略生物制造的魅力。与会师生纷纷表示，此次学术汇报让大家对合成生物学的发展背景、微生物细胞工厂制造植物天然产物的研究过程、面临的困境与解决策略以及未来展望等均有了更加深入的了解，为大家今后在合成生物学及相关领域的学术研究、实验探索和产业应用带来巨大启发和引领。

李春博士，清华大学长聘教授，生物化工研究所所长，工业生物催化教育部重点实验室主任，清华大学合成与系统生物学中心副主任，国家杰出青年科学基金获得者，从事代谢工程与合成生物学、生物催化与酶工程的研究。在Nature Chem Biol、AngewChem、ACS Catal、NatureComm、MetabolicEng、ACS Synth Biol、ACS Energ Lett、AIChE J、J Biol Chem、J PhyChem Letter等期刊发表论文450余篇，SCI他引超过万余次，H因子55;获授权发明专利41项，获得省部级科研成果奖励5项，2017年获得侯德榜化工科技创新奖。编著《合成生物学》、《细胞工程设计原理》、《生物工程与技术导论》和《生物化学》等中英文教材和著作11部章。享受国务院政府特殊津贴专家，2017年遴选为中国科协“生物工程学”首席传播专家。目前担任中国生物工程学会科普工作委员会主任和合成生物学分会副主任，担任期刊《合成生物学》执行主编和十几种国内外学术期刊编委。