代謝工程是利用基因重組技術賦予細胞新的或增強了的代謝途徑。代謝工程的最終目標產物是抗生素、生物素、氨基酸等非蛋白質類產物。通過代謝工程改造的微生物可以引入新的代謝途徑，能夠利用不同的底物，有時還能賦予難以生物降解的汙染物（如苯甲酸、三氧乙烯等）的代謝能力。
代謝工程以基因組學等現代生物科學及相應的技術為平台，對特定代謝途徑進行修飾或改造，通過操縱細胞的初級代謝或次生代謝途徑以獲得有價值的產物。代謝工程的特點是針對整個代謝網絡而不是單個的生化反應進行改造，同時強調現代生物科學平台技術的整合與集成。
代謝工程的應用範圍：合成異源代謝產物；擴大底物利用範圍；生產非天然的新物質；降解環境中有害物質；提高對環境的適應能力；阻斷或降低副產物的合成；提高代謝產物產率等。可以用於研究細胞生長、認識癌症發生、疾病診斷與治療、藥物開發、建立細胞過程模型、改進細胞工廠、加快發酵過程的開發與優化。
代謝工程廣泛應用於工業微生物高產菌株的構建或賦予微生物新的代謝能力取得顯著效果。如通過代謝工程的方法對釀酒酵母的代謝途徑進行改造，使釀酒酵母同時具有代謝葡萄糖和木糖的能力，使木質纖維素水解液中的葡萄糖和木糖都能被利用，有利於提高酒精的產量。
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