当今世界面临环境污染、能源枯竭两大环境问题,随着温室效应的加剧,现今研究界着力于研究二氧化碳的资源化利用。藻类在这个研究领域初绽光芒,人们逐渐着眼于用蓝藻进行生物资源的合成。蓝藻作为生物资源的加工工厂不仅蕴含一定的经济价值,而且具有一定的环境保护价值。咖啡酸作为一种天然酚类化合物,是羟基肉桂酸的典型代表,其广泛存在于植物体内,具有良好的生物活性。本研究采用合成生物学的工程化设计理念,选取集胞藻PCC6803（Synechocystis sp.PCC6803）为基因工程宿主藻,通过融合表达外源基因苯丙氨酸酶（pal）、肉桂酸-4-羟基化酶（c4h）及对香豆酸-3-羟化酶（ref8）,实现了利用光合作用从二氧化碳到咖啡酸的直接生物合成。本研究进一步采用阿霉素疾病诱导心肌病作为疾病模型进行诱导与构建,证实了咖啡酸的抗氧化作用及其重要应用价值。主要研究内容和结果如下:（1）利用生物信息学技术对集胞藻PCC6803复杂的代谢网络数据进行系统分析,设计了由外源合成酶基因如苯丙氨酸酶（pal）,肉桂酸-4-羟基化酶（c4h）及对香豆酸-3-羟化酶（ref8）组成的咖啡酸合成代谢通路。利用同源重组技术将咖啡酸合成基因插入到蓝藻6803基因组中,并敲除蓝藻arogenate脱氢酶的编码基因slr2081以消除内源代谢通路的竞争,在强启动子P_rbcL的诱导下驱动咖啡酸合成基因的表达,从而实现利用光合作用将温室气体CO₂转成天然植物产物的蓝藻定向生物合成。（2）在成功筛选获得含有咖啡酸合成基因突变集胞藻6803的基础上,进一步比较分析了突变型与野生型集胞藻6803的生长活性,并采用HPLC方法检测分析了咖啡酸产量,结果显示,突变型与野生型集胞藻6803的生长状况无显著差异,当细胞生长OD₇₃₀=1.0时,突变型培养基中咖啡酸产量达到5.603mg/L,而野生型培养基中未检测到目标产物咖啡酸。（3）在阿霉素心肌病的体外实验中,咖啡酸对阿霉素心肌病具有显著的改善,主要表现在抑制氧化应激和保护线粒体损伤方面。咖啡酸通过与阿霉素联合用药作用于阿霉素心肌病,可以减弱阿霉素对心肌细胞的氧化作用,还可以保护心肌细胞线粒体,从而起到可以提高心肌细胞活力、抑制心肌细胞氧化应激水平、保护心肌细胞线粒体,通过调控NF-κB p65起作用,在阿霉素心肌病治疗领域以及生物药物的研发具有潜在的应用价值。