天然化合物的生物合成，不同于强酸强碱或高温高压的化学合成，是在生理条件下和常温常压下进行的酶促反应。自然界缤纷多样的生物，能通过不同的细胞代谢，合成了形形色色的初级和次级代谢产物。其中，结构复杂的初级和次级代谢产物，如抗生素、激素、毒素、生物碱等，是难以通过化学合成法实现大规模经济的合成。然而，许多微生物细胞，能利用简单的碳氮氧营养源合成复杂的化合物，其合成过程往往经过错综复杂的合成途径和需要繁多的酶系，甚至需要不同的菌体细胞体系。化学生物学，作为21世纪的新兴学科，就是在细胞生物合成的代谢途径有了清楚认识的基础上，针对性地改造参与反应的酶，提高酶活力或改变代谢途径，或人工添加廉价的化合物底物，让驯服的“细胞工厂”高浓度地合成目标化合物。以前，科学家多采用变异遗传育种的方法筛选高效工程菌株，现在，基因工程技术可以很方便地定向进化改造酶的催化特性和代谢途径，也是我们研究开发的重点。

例如，5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)，是生物体内天然存在的一种功能性非蛋白质氨基酸，是血红素、叶绿素、维生素B12的生物合成的必需前体。在临床医学上，5-ALA是第二代新型光敏剂，是光动力治疗药物。目前，全球5-ALA的年产量约为550吨，年需求量高达1000吨以上，市场缺口较大。98%纯度的达到1700-1900万元/吨，5-ALA生物制造技术预计能将生产成本降低到20万/吨以下。