问题——红霉素是临床常用的大环内酯类广谱抗生素之一，在呼吸道感染等治疗中应用广泛。
其生物合成涉及多步代谢反应与庞大的基因簇，异源重构难度高。
长期以来，相关研究多依赖多质粒系统在微生物中表达关键基因，但质粒在传代过程中的不稳定、维持所需的选择压力，以及对宿主细胞造成的代谢负担，往往导致产量提升遭遇瓶颈，也增加了工艺放大与连续生产的不确定性。
如何在保证遗传稳定性的同时实现复杂路径的高效表达，成为制约抗生素生物制造的重要技术难题。
原因——从技术层面看，红霉素合成基因簇片段长、模块多、装配复杂，常规的长片段PCR与反复拼接容易引入突变或发生结构错误；从生理层面看，外源路径对宿主的前体供给、能量与还原力提出更高需求，一旦前体不足或竞争途径分流，目标产物难以持续累积。
质粒表达虽然构建灵活，但在高负荷表达下更易引发细胞压力反应，表现为生长受抑、表达波动和产量不稳定等问题。
影响——针对上述瓶颈，研究团队开发了基于CRISPR/Cas9的“可重复利用靶点工具包”，形成面向不同片段长度的差异化整合方案：对超过10 kb的大片段，采用两步整合并通过限制性内切酶从质粒直接切割供体DNA，降低长片段扩增带来的误差风险；对较短片段则采取迭代整合，在同一靶点实现连续组装，提高整合效率与可操作性。
依托该策略，团队将红霉素合成相关的23个基因、总长度约56.2 kb，准确集成至大肠杆菌BAP1染色体，获得工程菌株，实现无需质粒即可稳定合成红霉素A的目标。
这一做法在遗传稳定性、工艺一致性和后续优化空间方面具有明显优势，为复杂天然产物的异源合成提供了可复制的技术范式。
对策——在完成染色体稳定整合的基础上，研究进一步把焦点转向“供料端”的系统优化，围绕红霉素合成所需的关键前体开展代谢工程改造。
其一，围绕脱氧糖前体供应，团队通过阻断竞争途径并引入关键酶的突变体，提升糖单元的有效积累，缓解合成路径对糖基供体的约束；其二，针对丙酰辅酶A等核心前体供给，研究识别并改造关键酶的调控位点，通过突变解除负反馈效应，提高前体生成通量，从而增强大环内酯骨架合成能力。
经多轮迭代优化，最终菌株红霉素A产量达到9.80 mg/L，较初始水平提升8.25倍，并刷新了公开报道中大肠杆菌合成红霉素A的产量纪录。
相关成果发表于国际期刊Bioresource Technology。
前景——从产业角度看，“无质粒”路线有望减少对选择性药物压力的依赖，提升生产过程的稳定性与可控性，为后续发酵放大、连续化运行和质量一致性管理奠定基础。
更重要的是，该大片段DNA染色体整合策略具有通用潜力，可为聚酮类、萜类等多种复杂天然产物的路径重构提供支撑，推动合成生物学从“能做出来”向“稳定高效做出来”迈进。
下一步，围绕产量进一步提升、发酵工艺耦合优化、规模化验证以及成本结构评估等环节仍需系统推进；同时，在更广泛产物体系中验证其普适性，将决定这一方法在生物制造领域的扩展空间。
这一突破性成果展现了我国在合成生物学前沿领域的创新实力，不仅为解决抗生素生产技术难题提供了新路径，更为推动生物制造产业高质量发展注入了新动能。
面向未来，随着相关技术的不断完善和产业化应用，有望为保障人类健康和生物医药产业发展作出更大贡献。