长聘教轨副教授
2008 年于山东农业大学生物工程专业获得学士学位
2011 年于山东大学微生物技术国家重点实验室获得微生物学硕士学位
2014 年于中国科学院天津工业生物技术研究所获得微生物学博士学位
2014 年至2016 年在美国爱荷华州立大学化学与生物工程系从事博士后研究
2016 年至2019 年在美国莱斯大学化学与生物分子系和生物科学系从事博士后研究
2019 年至今 上海交通大学微生物代谢国家重点实验室课题组长、博士生导师
微生物细胞在漫长的自然进化中，其天然合成途径的形成是为细胞生存服务的，而不是作为化合物合成的专用途径，故其化合物合成效率也就自然不一定是最佳的。针对代谢合成效率这一科学问题，不同于传统的聚焦在优化天然合成途径的思路，我们运用合成生物学“自下而上”的构筑理念，开展非天然合成途径的创制工作。
代表性工作：创制丙二酰辅酶A的人工生物合成途径
丙二酰辅酶A是合成所有聚酮化合物以及黄酮化合物的前体。目前已有超过10000种不同的聚酮类化合物被发现，有超过20多种聚酮类化合物（例如多杀菌素、红霉素、四环素、洛伐他汀、阿维菌素等）已成为商业化药物。其中，红霉素是医药和畜牧业中最常用的大环内酯类抗生素，而包括洛伐他汀在内的他汀类药物占到降血脂药物市场总额的80%以上。目前这20多种药物的全球年销售额已超过2000亿美元。
然而丙二酰辅酶A天然合成途径催化速率缓慢，继而影响了其衍生药物的高效合成。基于此，我们提出了首条丙二酰辅酶A的非天然合成途径（NCM），其催化速率达到了天然途径的1000倍。NCM途径显著提高了多种药物的生物合成效率，并在大肠杆菌、链霉菌等多种微生物底盘细胞中均具有适用性：其中，将NCM途径引入刺糖多孢菌，使杀虫剂—多杀菌素的产量从3 g/L提升至4.6 g/L，是目前报道的多杀菌素的最高生产水平，并实现了该化合物的国产工业化量产。该研究成果以最后通讯作者发表于顶级期刊Nature Catalysis 《自然-催化》（IF 44.6）。Nature Catalysis期刊将该项成果选为封面文章https://www.nature.com/natcatal/volumes/7/issues/4,且配发了同期点评https://www.nature.com/articles/s41929-024-01139-y。
中国科学院院士赵国屏教授和邓子新教授对NCM工作进行了高度评价 (https://mp.weixin.qq.com/s/wk9wUt_6cHVZKFZetsnvcw) ：赵院士认为该工作“为合成生物学赋能生物制造提供了一个优秀典范。这一工作从创新技术到产业化应用，体现了合成生物学研究理念和使能技术强大的应用潜力”；邓院士认为“这一研究具有重大的应用价值，并相信会有越来越多的学术界和工业界的研发团队关注到这一研究，并且将它应用到更多的天然产物合成中去。”
成果发表之后，也得到了多家国内外媒体的报道，并得到了华安证券的高度关注。
在运用微生物细胞工厂（MCF）进行生物制造的过程中，来自于底物中的有毒杂质、积累的有毒终产物以及高温、酸碱、高渗透压等不利的环境因子，均会对其产生毒害，而且通常表现为多因子同时存在，产生胁迫效应的叠加，进一步导致MCF生长缓慢和合成能力降低。为此，不同于传统的耐受单一胁迫因子的改造策略，我们课题组首先解析了多重胁迫因子引起细胞毒害的共性机制，进而重编程微生物细胞膜，创建了对多重胁迫因子均具有良好耐受性的微生物底盘细胞，例如：
1. 我们将真核生物细胞膜中特有的、而在绝大多数原核生物中不存在的2,3-环氧角鲨烯，引入E. coli细胞膜中。发现重组E. coli显著增强了对有毒抑制物、有毒产物以及不利的环境因子的耐受性。将其应用到生物合成中时，3-羟基丙酸和脂肪酸的产量分别提高了2倍和1.28倍（Biotechnology for Biofuels, 2023）。
2. 首次构建了含有磷脂酰胆碱的大肠杆菌。发现重组E. coli显著增强了对甲醛耐受性，以及包括甲醇在内的一碳化合物的生物利用能力（ACS Synthetic Biology, 2024）。
3. 首次成功实现了在大肠杆菌中合成羊毛甾醇。发现其提高了对高温、低pH值、活性氧和高渗透压等一系列不利条件的耐受性；此外，工程菌株还能够耐受各种有毒化学物质，如有机酸和醇，使其与天然存在的大肠杆菌相比，成为生物技术应用的优越底盘细胞（Synthetic and Systems Biotechnology, 2025）
4. 系统地修复了由甲醛引起的DNA和蛋白质损伤，来高效地同化甲醇。在大肠杆菌的基因组上协同表达GCNA1和PepP蛋白，能够有效减轻甲醛引发的DNA和蛋白质损伤，进而显著提高甲醇利用效率。工程大肠杆菌展现出了高达440 mM（14.1 g/L）的甲醇同化水平，平均消耗速率可达0.229 mM/h。与对照菌株相比，这一数值实现了50倍的提升（Fundamental Research, 2025）。此外，通过在大肠杆菌基因组中整合并过表达来源裂殖酵母的金属蛋白酶SpWss1，使菌株甲醇同化能力提升了10倍（ACS Synthetic Biology, 2026）。
5. 在大肠杆菌中引入了活性氧（ROS）清除系统，极大增强了菌株对甲醛的抗性。进一步将ROS清除系统应用到甲醇同化菌株中，使得菌株的甲醇同化能力增强约30倍，通过甲醇和木糖的补料，菌株在摇瓶中共消耗485 mM （~15.5 g/L）的甲醇，显著提高了甲醇的利用 (Chemical Engineering Journal, 2025)。
6. 在大肠杆菌中增加了细胞内ATP和NADPH的供应：内源性转氢酶基因sthA与ATP合酶基因atpAGD最初在基因组中分别过表达，导致sthA的甲醇同化效率提高15倍，atpAGD的甲醇利用效率提高21倍。通过组合利用sthA与atpAGD的共表达，该工程菌株的甲醇利用能力进一步提高了28倍 (Metabolic Engineering, 2026)。
Li, J., Mu, X., Dong, W., Chen, Y., Kang, Q., Zhao, G., ... & Tan, Z*. (2024). A non-carboxylative route for the efficient synthesis of central metabolite malonyl-CoA and its derived products. Nature Catalysis, 1-14.
Liu, H., Zhu, C., Chen, Y. & Tan, Z*. (2026). Enhanced methanol metabolism via reinforced cellular energy and reducing power supply for sustainable carbon conversion. Metabolic Engineering.
Chen, Y., Zhu, C., .... & Tan, Z*. (2026). Harnessing Metalloprotease Wss1 to Enhance Methanol Utilization. ACS Synthetic Biology.
Liu, H., Chen, Y., .... & Tan, Z*. (2025). Scavenging intracellular reactive oxygen species to boost methanol assimilation. Chemcial Engineering Journal, 164002.
Sun, W., Chen, Y., Syed, B., ... & Tan, Z*. (2025). Biosynthesis of lanosterol in Escherichia coli. Synthetic and Systems Biotechnology. 10, 3, 2025, 993-1001.
Li, M., Sun, W., Wang, X., Chen, K., Feng, Y., & Tan, Z*. (2024). A Eukaryote-Featured Membrane Phospholipid Enhances Bacterial Formaldehyde Tolerance and Assimilation of One-Carbon Feedstocks. ACS Synthetic Biology.
Sun, W., Chen, Y., Li, M., Shah, S. B., Wang, T., Hou, J., ... & Tan, Z*. (2023). Integration of (S)-2, 3-oxidosqualene enables E. coli to become Iron Man E. coli with improved overall tolerance. Biotechnology for Biofuels and Bioproducts, 16(1), 191.
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