鉴于蓝藻可以进行光合作用,并利用环境里的CO2进行生长的特点,它已经成为了可持续生产高附加值产品的一种良好宿主。通过基因工程改造,应用前沿的合成生物学和代谢工程技术,我们可以发掘蓝藻的生物资源优势,用这一类光合微生物来生产生物柴油和抗疟疾药物。此前,有报道称,通过在蓝藻中表达能够水解酰基-ACP的硫酯酶（Tes A）,能够获得利用光合作用进行脂肪酸生产的工程化蓝藻,其产生的游离脂肪酸（FFAs）能够持续分泌出胞外。但是,在进一步挖掘转基因蓝藻的商业应用价值之前,还有两大问题需要解决:游离脂肪酸的毒性和可以替代化石燃料的脂肪酸的碳链长度的多样性。为了实现这一目标,我们在Synechocystis sp.PCC 6803中构建了一种膜支架系统,将来源于不动杆菌Acinetobacter baylyi的硫酯酶Ac Tes A定位在细胞内膜的胞质一侧。工程化转基因藻株m Ac T能够产生浓度为171.9±13.22 mg·L-1的胞外游离脂肪酸,远高于在细胞胞质内表达Ac Tes A的藻株Ac T(40.24±10.94 mg·L-1)和野生型藻株WT(1.904±0.158 mg·L-1)。对m Ac T藻株来说,其产生的总脂肪酸中有78%都分泌到了培养基中,有利于降低因脂肪酸在胞内大量累积而产生的细胞毒性。而且,m Ac T的脂肪酸分泌平均速度为1mg·L-1·h-1,是已有报道的两倍。另外,m Ac T在表型上具有明显的高产油特征,单不饱和脂肪酸（MUFAs）约占总分泌脂肪酸的60%以上,其中含有一个不饱和键的十八烯酸（油酸）含量最为丰富。单不饱和脂肪酸也被认为是优质生物柴油的前体物质。另外,我们还工程化改造了Synechocystis sp.来生产抗疟疾药物有效成分青蒿素的前体物青蒿酸。青蒿素是一种具有特殊环氧结构的倍半萜内酯,不仅具有抗疟疾的作用,而且还具有抗癌、抗肿瘤、抗病原微生物等生物活性。青蒿素最初是在一种叫做“黄花蒿”的中药材中发现的。中国科学家屠呦呦（2015年诺贝尔奖生理学或医学奖获得者）在1972年首次分离出青蒿素这一化学物质,使之成为能够对抗致命疟疾的第一种药物。通过在Synechocystis sp.中表达异源的紫穗槐二烯合成酶ADS、细胞色素P450单氧酶CYP和还原酶CPR,可将2-C-甲基-D-赤藓醇-4-磷酸（MEP）通路的中间体转化为紫穗槐二烯和青蒿酸,从而构建了青蒿酸生物合成途径。我们发现,表达ADS的转基因藻株可以产生5mg·L-1的紫穗槐-4,11-二烯,表达CYP/CPR可以将其进一步转化为6.258 mg·g-1干重的青蒿酸,该产物之前都是在工程化大肠杆菌和酿酒酵母中进行生产的。最终获得的突变株ACC能够产生114μg·g-1干重的青蒿素。此外,通过添加甘油、乙酸钠等营养物质,我们对Synechocystis sp.的培养基成分进行了改良,发现其中一些因子可以在一定程度上提高青蒿酸的水平。综上所述,本论文阐述了一些对蓝藻进行基因改造的具有良好应用潜力的方法,显示出蓝藻作为工业微生物宿主的巨大优势。因此,对合成生物学和代谢工程的进一步发展和应用,以及它们在蓝藻上的合理应用,可以为长期困扰人类的诸多现实问题提供一些解决方案。