酿酒酵母作为一个平台细胞工厂，已用于生产多种高价值化合物。近年来，合成生物学创新工具推动了酵母细胞工厂的快速发展，使我们能够高效地编辑生物的遗传系统，并“重新编程”基因、回路、途径和复杂代谢网络等（图1）。

【SynBioCon】获悉，2025年6月，BioDesign Research在线发表了北京化工大学史硕博团队题为Innovative tools for customized yeast cell factory的前瞻性论文，本论文展望和介绍了酵母合成生物学创新工具的最新重大进展。这些工具包括基因组编辑工具、计算工具、适应性实验室进化以及生物DNA元件的标准化，旨在为定制化酵母细胞工厂的新型、有效和高效开发提供实用指南。

基因改造作为生物技术领域中的一项关键技术已从单基因编辑发展到可多基因同时编辑。CRISPR-Cas系统能够精确且高效地修改酵母基因组，包括基因敲除、插入和替换。目前，除了基于双链断裂（DSB）的传统的CRISPR-Cas介导的编辑之外，还有使用各种功能效应器（CRISPR-Cas-Effector）的新型变体，如与脱氨酶融合的碱基编辑和将逆转录酶和nCas蛋白融合的先导编辑，它们可用在需要单个核苷酸变化来改变基因功能时。

2. 计算工具

计算工具，包括代谢建模和模拟以及组学技术的整合，能够指导合理的工程策略和预期的通量调节。目前，已经构建了基于基因组规模的化学计量模型，生成了基因组规模代谢模型（GEMs），并在酵母代谢工程中得到了广泛应用。大规模动力学模型在设计、预测和理解酵母的代谢反应中起着至关重要的作用。在此背景下，代谢控制分析（MCA）理论具有控制分布、特定系数的运用、动态视角以及代谢工程中应用的独特特点。

3. 适应性实验室进化

适应性实验室进化（ALE）是一种提升酵母菌株性能的强大策略。通过让酵母群体在连续的世代中承受选择性压力，ALE 能促使出现具有更强适应性特征的菌株。将ALE与全基因组测序结合，可识别出有益的突变，为适应性的遗传基础提供见解，并为后续的工程改造提供指导。最近，新开发的基因组进化策略在含有合成染色体的酵母中引入了对称的loxP位点和Cre重组酶，实现了快速且广泛的基因重组。与经典的ALE相比，在加速表型进化方面具有明显的优势。

4. 生物DNA元件的标准化

随着对更复杂酵母细胞工厂（YCFs）设计的不断推进，对相应生物组件、基因回路或生物系统的精确控制和调节提出了更高的要求。如今，合成生物学提供了标准化的生物组件，研究人员能够通过组装这些组件来构建具有可预测行为的复杂系统。目前，有多个经过鉴定的酵母元件集合可供使用，SynBioHub和JBEI/ice等便是其中的代表。