近期，江南大学生物工程学院陈修来教授团队系统总结了甲烷生物转化合成高价值化学品的最新研究进展，以“Biological conversion of methane to organic molecules: Towards a low-carbon bioeconomy”为题正式发表于National Science Review（IF=17.1）。
随着“双碳”目标的持续推进以及低碳生物经济转型的不断深化，如何高效利用甲烷这一重要温室气体，实现减排与资源化利用的协同发展，已成为当前研究的热点方向。作为兼具环境效益与经济价值的技术路径，甲烷生物转化通过将甲烷直接转化为高附加值生物产品，展现出广阔的应用前景。近年来，围绕甲烷氧化菌的代谢调控与产物合成优化已取得一系列积极进展。然而，由于甲烷溶解度低、生物可利用性差，以及甲烷氧化菌代谢调控能力和代谢灵活性有限等因素，甲烷生物转化效率仍受到显著制约。为突破上述瓶颈，研究人员借助合成生物学、代谢工程和系统生物学等技术手段，对甲烷氧化菌进行系统改造与性能优化，以提升其甲烷利用效率和产物合成能力，为实现高效、低碳的甲烷生物转化提供理论基础和技术支撑。
本综述围绕甲烷生物转化展开，按照“微生物宿主选择-代谢途径设计-微生物工程策略-工业应用挑战”的逻辑主线，系统梳理了突破天然甲烷氧化菌生理瓶颈、构建新一代甲烷营养型细胞工厂的研究进展。首先，从代谢层面解析了四类甲烷氧化菌将甲烷同化为细胞构建物质的关键过程，阐明了其碳流分配与能量转化特征。随后，比较了不同甲烷同化途径在物质转化效率与能量耦联方式上的差异，重点解析了其与中心碳代谢网络的衔接机制，包括RuMP途径、丝氨酸循环以及CBB循环等关键路径。在此基础上，结合合成生物学、代谢工程与系统生物学等前沿技术，提出了构建甲烷驱动型生物制造体系的系统框架，为甲烷同化细胞工厂的理性设计与优化提供策略支持，从而在低碳条件下实现有机酸、单细胞蛋白、生物材料和生物燃料等高附加值生物产品的可持续生产。最后，展望了人类活动排放甲烷及可再生来源甲烷资源化利用的应用前景，系统分析了未来急待突破的关键科学问题与技术挑战，为推动可持续低碳生物经济的发展提供理论参考与方向指引。
图形摘要
陈修来教授为论文的通讯作者，我校2024级博士生钱金旖为第一作者。上述研究得到了国家自然科学基金（22378166）、江苏省基础研究计划项目和江苏省合成生物基础研究中心基金（BK20233003）、中央高校基本科研业务费专项基金（JUSRP622001）等资助。
近年来陈修来教授团队长期从事一碳化合物生物捕集、转化与利用研究，在系统开展一碳化合物生物利用方面取得了系列创新成果。相关研究成果已发表在Nature Catalysis (2021)、Nature Communication (2020)、Energy & Environmental Science (2024)、Science Bulletin (2026)、Chinese Journal of Catalysis (2026，2024)、Chemical Engineering Journal (2025，2024)等本领域权威期刊。
