提起工厂，你脑海中应该会出现巨大的厂房、高耸的烟囱、轰鸣的车间、忙碌的工人等宏观的场景。而提到微生物，你可能又会想到那些引起食物腐败、伤口感染和传染病爆发的看不见摸不着的小家伙。问题来了，工厂和微生物有什么关系？世界上最小的工厂——微生物细胞工厂又是个啥概念？一般而言，工厂是指经人工设计具备一定生产线，配备相应的动力等辅助系统，并在一定的管理程序下运行的生产系统。
微生物细胞工厂的概念也来源于此，一般是指经人工设计的能够进行物质生产的微生物代谢体系。那微生物细胞工厂是如何构建和运作的呢？且听我细细道来。
亦正亦邪的“魔术师”在讲有关微生物细胞工厂的故事之前，我们先聊聊微生物。微生物其实就是人们平时经常说的“菌”。很多时候，大家谈菌色变，其实这是对微生物的一种误解。
微生物的大家庭包括真菌、细菌、病毒及显微藻类等成员，它们种类繁多，分布广泛，与人类的生活密切相关。我们最熟悉的可能是微生物家族里不安分的“坏家伙”们，像致癌的黄曲霉、引起破伤风的破伤风梭菌，还有把我们“封印”在家两个多月的新型冠状病毒，给它们家族脸上抹了黑。不过万事万物都有两面性，微生物也是如此，它们为地球的生态平衡做出了重要贡献。充分发挥微生物的长处，也可以为我们的生产生活提供诸多便利。
人类利用微生物的历史由来已久。很久以前，我国劳动人民就用智慧的头脑驾驭着微生物，使之为提高生活品质服务，例如利用酿酒酵母和乳酸菌生产酒精饮料、酸奶、面包、泡菜、豆腐乳等。
除了用于制造发酵类食品，微生物还在农业、环保和能源等方面发挥着巨大的作用。微生物要干活就需要吃的，它们最喜欢的食物一般是葡萄糖和甘油，对各种农林废弃物、石油和塑料垃圾等低附加值产品也是来者不拒。
微生物细胞就像一座“微型工厂”，“吃”进有机物料后，遗传信息被激活，在代谢能的驱动下，“生产线”开始运作（也就是代谢流形成），最后输出有机产物，人们形象地称之为微生物细胞工厂。与传统的工厂不同的是，“细胞工厂”可以24小时全自动运转，出故障时也会进行自我修复，最重要的是这座工厂能随微生物细胞的复制而复制，它们彼此协同作战，形成了十分强大的生产能力。
随着社会的发展，人类对各种化工产品的需求越来越大。目前，化工行业能耗高、污染大、严重依赖不可再生的石油资源，诸多短板严重限制了行业的发展。由于环保意识的增强和对绿色产品需求的增加，人们将目光转向了来源于动植物资源的天然产物。然而，动植物资源的生长周期长，对土地面积要求较高，其中的有效成分也存在含量低，分离提取困难且成本居高不下的问题，这大大限制了其应用。
随着合成生物学的发展，科学家们按照需求建造了一系列高效的“细胞工厂”，可以在微型的细胞反应器内“酿造”这些化合物，使绿色可持续地生产药物、燃料、大宗化学品和材料成为可能。截止到目前，人们已经成功利用微生物细胞工厂合成了多种药物（青蒿素前体、紫杉醇前体）、生物基燃料（微藻产丁醇、异丁醇）和功能性纳米材料（如带荧光基团修饰的细菌纤维素）。
“微生物细胞工厂”作为一种绿色可持续生产技术，能根据产品需求定向完成产品加工，相信在不久的将来一定会大放异彩，为社会的发展做出重要贡献。