第15章 利用合成生物学方法构建高效微生物能源工厂的探索（2/5）

生物甲烷主要由有机物在厌氧条件下通过微生物发酵产生，如沼气池中的产甲烷菌。生物甲烷是一种清洁能源，可用于发电和供热，但发酵过程的控制和甲烷的收集与纯化存在一定难度。

（四）微生物燃料电池

微生物燃料电池利用微生物的代谢作用将化学能直接转化为电能。微生物在阳极氧化有机物，产生电子和质子，电子通过外电路传递到阴极，与氧气和质子结合生成水。微生物燃料电池具有操作条件温和、可持续性好等优点，但输出功率较低，尚需进一步优化。

三、合成生物学的基本原理和技术

（一）基因工程技术

基因工程是合成生物学的核心技术之一，包括基因克隆、基因编辑和基因合成等。通过基因克隆，可以从生物体中获取特定的基因片段；基因编辑技术如 CRISPR-Cas9 系统能够精确地对基因组进行修饰；基因合成则可以根据需要从头设计和合成基因序列。

（二）代谢工程

代谢工程旨在通过对微生物代谢途径的理性设计和改造，优化代谢流分布，提高目标产物的产量。这涉及到对关键酶的调控、代谢网络的重构以及辅因子平衡的优化等方面。

（三）系统生物学

系统生物学通过整合基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等多组学数据，建立微生物的系统模型，从而全面理解微生物的生理和代谢过程，为合成生物学的设计提供理论依据。

（四）生物信息学工具