如果有人把大自然放在显微镜下观察，很明显，微生物存在于我们星球上的所有环境中。微生物经常被迫在邻近范围内相互作用并共享资源，这是它们生存的重要关键，例如，从海洋到人类肠道的自然群落。因此，营养物质的可用性是协调微生物群落亚群的重要关键，也被称为微生物联合体和它的驱动部门的劳动在生态网络中。部门的劳动减少单个微生物的任务数量和相关压力，创造一种微生物舞台，其中每个单独的成分都可以在较低的压力负荷下完成相同的目标。这可以通过微生物群落对复杂生物材料的降解来证明。

图1所示。将复杂底物(a)分解成产物(B)的微生物群落。

几千年来，人类一直在利用自然群落，例如发酵食品、废物处理和农业。为了达到生物技术过程的目标，例如将底物(一个)变成产品(B)，通过在“合成微生物领域”中应用“劳动分工”作为设计原则，自然可以极大地启发我们简化复杂的过程。在自然界中，共生和互惠是“微生物合成联合体”中重要的自然相互作用。让我们考虑一个例子:我们想使用一种复杂的原材料一个(原材料;底物)，例如淀粉、纤维素或木质素，以可持续、环保的方式生产目标化合物(B)，参见图1。不同的个体微生物合作分解一个转化为被另一种微生物转化为产物的中间体B(图1)。

这一概念已被应用于由淀粉降解、赖氨酸营养不良组成的合成微生物联合体从淀粉中生产氨基酸赖氨酸大肠杆菌菌株淀粉阴性，但赖氨酸分泌过多c . glutamicum压力。这种相互作用是互惠的，因为两种微生物都不能在没有另一种微生物的情况下与淀粉一起生长。因为很少需要赖氨酸来喂养大肠杆菌这个概念可以扩展到从剩余的赖氨酸生产尸胺或l-胡椒果酸(图2A)。聚合型相互作用描述了两种微生物如何产生两种中间体，这两种中间体随后被第三种微生物浓缩(图2B)。

图2所示。从淀粉中生产l -赖氨酸、尸胺和l -胡椒果酸的共生微生物联合体的例子(a)，以及在趋同设计模式下由木糖生产迷迭香酸的联合体(B)。

同时，几个概念证明设计和应用合成微生物联合体来实现复杂的生物技术任务部门的劳动已经实现。为了在工业上实施，必须克服若干技术障碍。因此，在这篇综述中，我们讨论了必须填补的知识空白，例如，确保联合体的高滴度、产量和生产力，它们的可靠储存或它们在生产阶段的生物反应器培养中的遗传和组成稳定性。由于合成联合体的模块化设计的巨大潜力，我们预测可持续的生物技术生产将极大地受益于利用微生物联合体。

Elvira Schöler, Volker F. Wendisch
原核生物遗传学，德国比勒菲尔德大学生物与生物技术学院

出版

用于小分子生产的合成微生物群落
埃尔维拉·斯戈巴，我是沃尔克·F·文迪什
当前观点生物技术。2020年4月

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