自21世纪以来，合成生物学作为一门新兴的交叉学科，以生物大分子的精准设计与代谢途径的定向改造为核心手段，融合基因编辑、微生物细胞工厂等关键技术，为生物制造领域带来创新突破。

一、合成生物学概述

合成生物学（Synthetic Biology）的雏形可追溯至1910年法国学者Stéphane Leduc在《生命与自然发生的物理化学理论》中所描述的生命系统内自发发生的物理化学过程。随着二十余年的技术演进，现代合成生物学已发展为集成基因工程、计算机科学、纳米技术等多学科的前沿方向，研究范式从早期的基因元件标准化，逐步延伸至生命系统的程序化设计、功能重塑乃至人工生命体的完整构建。这一发展不仅标志着生命科学方法的升级，更反映出人类对生命系统设计与构建能力的不断提升。

二、合成生物学在宠物食品与营养中的创新应用

研究表明，部分植物来源的天然小分子化合物作为膳食抗氧化成分，有助于支持宠物机体健康。然而，犬、猫作为肉食性动物，对植物原料接受度较低，直接添加可能影响饲料的适口性；同时，传统植物提取工艺存在效率不高、成本较高等问题。合成生物学为解决上述挑战提供了新思路：通过构建微生物细胞工厂，将目标活性成分的合成路径导入工程菌，不仅能有效提高产出，还可减少对种植资源的依赖，形成环境友好型的规模化生产方式，推动宠物营养添加剂向精准化和可持续方向发展。

2.1 牛磺酸的微生物合成

牛磺酸作为一种含硫氨基酸，是宠物日常营养中的重要成分。目前其生产仍以化学合成为主，但该过程存在环境压力大、副产物残留等问题。微生物发酵法因其清洁、产物纯度较高的特点受到关注。近年研究显示，通过对谷氨酸棒状杆菌进行基因工程改造，引入关键合成路径，已实现62.0±1.5 mg/g细胞干重的牛磺酸产出，为该成分的生物制造提供了可行路径。

2.2 番茄红素的微生物合成

番茄红素是一种天然类胡萝卜素，具有良好的抗氧化特性。Zhou等人选用毕赤酵母作为底盘细胞，通过动态调控代谢途径、强化合成通量并结合系统优化，使番茄红素产量达到10.2 g/L，为类胡萝卜素的规模化生产提供了技术支持。

2.3 虾青素的微生物合成

虾青素属于天然类胡萝卜素家族，以其良好的抗氧化特性受到关注。Abdullah等人采用合成生物学方法对解脂耶氏酵母进行系统改造，整合藻类来源的关键催化元件，增强酶活性与稳定性，并通过发酵工艺优化，使虾青素产量达到2820 mg/L，为该类成分的工业生产提供了技术参考。

2.4 透明质酸的微生物合成

透明质酸（HA）是动物体内天然存在的糖胺聚糖，有助于维持组织水分与结构健康。Hu等人选用谷氨酸棒状杆菌作为宿主，系统优化透明质酸合酶的催化性能，强化前体供应并调控产物分子量，最终实现高分子量与低分子量HA的协同生产，满足不同使用场景的需求。

2.5 荆芥内酯的微生物合成

荆芥内酯是猫薄荷中特有的环烯醚萜类成分，对猫科动物具有独特吸引力。Wang等人以酿酒酵母为宿主，通过关键酶融合表达、强化辅因子再生系统，并实施动态补料策略，在5 L发酵罐中使荆芥内酯产量达到4.5 g/L。

2.6 乳铁蛋白的微生物合成

乳铁蛋白（LF）是转铁蛋白家族中的一种功能性糖蛋白，具有铁结合能力及多种生理特性。目前市售宠物用LF在实际应用中仍面临表达系统效率不高、发酵稳定性不足等挑战。未来可借助合成生物学多维度优化，如理性设计改造结构、开发宠物专用表达系统等，从而推动宠物营养配方的进一步完善。

2.7 细胞培养肉技术

细胞培养肉是一种通过体外培养动物干细胞，在生物反应器中扩增并分化为肌肉与脂肪组织的新型食品原料。在宠物食品领域应用该技术仍需系统研究其适口性、营养组成及长期食用安全性，目前相关数据仍在积累中。

2.8 特异性卵黄抗体用于支持人宠共处环境

由宠物过敏原引发的敏感反应已成为部分人群的关注点。特异性卵黄抗体（IgY）技术为此提供了新的思路。IgY作为卵生动物特有的免疫球蛋白，具备生产周期短、产量较高等特点。研究显示，通过特定过敏原免疫鸡群获取的IgY，经饲喂后有助于减少人类对宠物环境的敏感反应。该技术已应用于部分抗敏感型宠物食品中，为营造舒适的人宠共居环境提供了支持。

参考来源：安尉等《合成生物学在宠物行业中的应用进展》

提醒：本文仅供学习参考。