红霉素作为临床广泛应用的大环内酯类抗生素，其生物合成面临着长期的技术瓶颈。
传统的工业生产主要依赖于化学合成和天然菌株发酵，效率低、成本高、环境污染严重。
近年来，利用工程菌进行异源生物合成成为重要发展方向，但这一领域一直存在难以突破的技术障碍。
红霉素的合成涉及复杂的代谢途径和规模庞大的基因簇，总长度约55千碱基对。
此前的研究主要采用多质粒表达系统，即利用质粒这种环状DNA分子在细胞中独立复制和表达外源基因。
然而，这种方法存在明显的局限性。
质粒在长期培养中易发生丢失或重组，导致基因表达不稳定；抗生素选择压的长期使用可能引发耐药菌株；过多质粒的存在会大幅增加细胞的代谢负担，反而降低生产效率。
这些因素综合作用，严重制约了红霉素产量的进一步提升。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心王勇研究组经过多年攻关，开发了一套创新的"可重复利用靶点工具包"。
该工具包的核心创新在于采用基于CRISPR/Cas9技术的精准基因编辑手段，将外源基因直接整合到细菌染色体上，彻底消除了对质粒的依赖。
针对不同长度的DNA片段，研究团队设计了差异化的整合策略。
对于超过10千碱基对的大片段，采用两步整合法，利用限制酶从质粒直接切割，作为供体DNA进行染色体整合，有效规避了长片段PCR扩增容易引入错误的风险。
对于小于5千碱基对的片段，则在同一整合靶点进行迭代组装，大幅提高了整合效率。
通过这一系统化的方法，研究人员成功将23个红霉素合成相关基因（总长56.2千碱基对）精确集成到大肠杆菌BAP1菌株的染色体上，构建了工程菌株sZG9，实现了全球首个无质粒红霉素A稳定生物合成。
仅仅实现染色体整合还不够。
为了进一步提高产量，研究团队对红霉素合成的关键代谢环节进行了深度优化。
红霉素的合成需要大量的糖单元和丙酰辅酶A作为前体物质。
研究人员通过系统性阻断竞争代谢途径，如删除zwf、rfbC等基因，并对磷酸葡萄糖变位酶进行定点突变，有效增加了脱氧糖前体的积累。
同时，通过精准改造丙酰辅酶A合成酶的调控位点，解除其负反馈调节，大幅增强了大环内酯核心结构的合成能力。
经过多轮迭代优化，最终获得的菌株sZG135红霉素A产量达到9.80毫克/升，相比初始菌株实现了8.25倍的显著增长，刷新了现有大肠杆菌红霉素合成的产量纪录。
这项成果的意义远超红霉素生产本身。
研究团队开发的大片段DNA染色体整合策略具有高度的通用性和可扩展性，可广泛应用于其他复杂天然产物的生物合成，包括聚酮类化合物、萜类物质等。
这为合成生物学领域提供了强有力的通用工具，有望推动整个生物制造产业的技术升级。
该研究成果已于2025年12月30日在国际学术期刊《生物资源技术》上正式发表，获得了国际学术界的广泛关注。
这项具有完全自主知识产权的技术突破，不仅展现了我国在合成生物学领域的创新能力，更标志着生物制造正在从实验室走向产业化。
在"健康中国2030"战略指引下，此类原创性科研成果将持续为保障人民用药安全、提升医药产业链韧性注入新动能。
随着技术推广应用的深入，我国有望在全球生物经济竞争中占据更有利地位。