核心菌種是生物制造產業的“芯片”，決定了發酵工藝的效率、成本與產品競爭力。當前，我國生物制造產業的核心菌種超80%依賴進口，從大宗氨基酸、有機酸到酶制劑，諸多關鍵生產菌株依賴國外。這一局面不僅推高了技術引進與工藝適配的成本，更在產業鏈供應鏈層面埋下隱患。在生物經濟上升為國家戰略、新型工業化加速推進的背景下，核心微生物菌種的自主可控已成為必須突破的戰略瓶頸。

陳國強教授團隊才從野生環境中分離得到耐鹽堿的嗜鹽菌（Halomonas spp.）天然菌株，開展了二十年余年系統攻關，成功創制出具有完全自主知識產權的新型底盤細胞——Halomonas bluephagenesis TD系列及其衍生菌株，實現在開放條件下連續發酵，徹底規避滅菌環節，顯著降低能耗與設備成本，在國際上首次提出并建立了基于極端微生物的下一代工業生物技術（NGIB）。然而，嗜鹽菌底盤依賴較高鹽度（通常30-60 g/L NaCl）以維持細胞生理穩態與代謝活性。這一高鹽依賴在一定程度上限制了其在更低鹽、更靈活工藝體系中的應用拓展，也增加了后續廢水處理與環境負荷。如何在保持開放非無菌培養優勢的同時，降低嗜鹽菌對高鹽環境的依賴，從而構建更節能、更低碳、更普適的國產自主生物制造平臺，是該領域亟需突破的核心科學問題。

針對上述挑戰，陳國強課題組采用迭代工程化改造策略，系統優化菌株的低鹽適應性，成功構建了在僅含0.1%（w/v）NaCl條件下仍可穩健生長的SSM系列工程菌株。本研究圍繞該系列菌株的構建邏輯、低鹽適應機制及其生物合成性能展開系統闡述，為嗜鹽菌底盤的精細化工程改造提供新范式，也為我國自主知識產權工業菌株的深度優化與產業化應用奠定理論依據與技術儲備。

2026年2月11日，清華大學生命科學學院陳國強課題組在《生物技術趨勢》（Trends in Biotechnology）上在線發表了題為“工程化改造鹽單胞菌實現低鹽條件下的開放式非無菌聚羥基丁酸合成”（Engineering Halomonas for Low Salt Open Unsterile Production of Polyhydroxybutyrate）的研究論文。該研究以嗜鹽菌Halomonas bluephagenesis為研究對象，通過系統性的工程化改造，構建了一系列在低鹽條件下仍保持穩健生長能力的工程化菌株。采用迭代式“優中選優”的工程策略，在逐輪篩選與優化中獲得了高度適應低鹽環境的H. bluephagenesis TD1.0 SSM系列菌株。該系列菌株在鹽度最低僅0.1%（w/v）NaCl且pH = 9的高堿性條件下仍可穩定生長，同時保留其在高鹽環境中的耐受特性，從而顯著拓展了嗜鹽菌的滲透壓適應范圍。本研究為嗜鹽菌底盤的精細化工程改造提供新范式，也為我國自主知識產權工業菌株的深度優化與產業化應用奠定理論依據與技術儲備。

圖1. 圖形摘要

研究團隊綜合運用了基因編輯、適應性實驗室進化、代謝重構以及發酵過程工程等多種策略，對H. bluephagenesis的滲透壓調控、細胞形態與代謝網絡進行了系統優化。多組學與表型分析結果顯示，低鹽適應型菌株在細胞表面性質、細胞形態及群體行為等方面發生了顯著改變，表現為細胞體積增大、自發絮凝增強以及生物合成能力的整體提升。在7 L生物反應器中，該工程菌株在僅含有5 g/L NaCl的礦物培養基發酵條件下即可實現穩定的開放非無菌培養，并在44小時內獲得最高約 76 g/L 的細胞干重，其中 PHB 含量高達 86%，碳源底物葡萄糖到PHB的轉化率約 39%。上述結果表明，該工程化嗜鹽菌體系在顯著降低鹽度依賴的同時，仍可保持優異且穩定的生物制造性能，不僅為未來節能、低碳、低成本的工業生物技術路線提供了可行范式，也拓展了嗜鹽菌在更廣泛工藝條件下的應用潛力。此外，本研究系統揭示了嗜鹽菌在低滲環境下的適應性重構特征，為深入理解微生物滲透壓適應與環境響應機制提供了重要實驗基礎和新的研究證據。

圖2. 迭代工程化改造構建的廣域鹽度適應型H. bluephagenesis SSM系列底盤的模式圖

清華大學生命科學學院陳國強教授為本文通訊作者。2021級博士研究生孫思勉為本文第一作者，2022級博士研究生邵明威、2024屆博士畢業生胡啟跳、2025屆博士畢業生金云帆、2024屆博士畢業生張忠楠為本研究做出重要貢獻，吳赴清副研究員參與了課題指導與幫助。本研究得到科技部國家重點研發計劃和國家自然科學基金的資助，同時獲得北京微構工廠、清華—北大生命科學中心以及清華大學生物醫學分析中心下屬電鏡平臺的大力支持。

原文鏈接

https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2026.01.002