微生物共培养已经被广泛应用于合成生物学。相比于单培养,微生物共培养在劳动分工减轻代谢负担,途径区室化提供合适酶催化环境以及促进木质纤维素等复杂底物利用方面表现出明显优势。不过,尽管共培养已经取得了巨大成功,但仍然还面对着两个巨大的挑战。其一是以前的共培养主要是基于单一代谢物交叉喂养而建立的,菌株之间的关系松散,种群稳定性极易被破坏。其二是以前的共培养系统无法主动感知中间体的积累,更无法自主调控种群比例,实现目标产物的最大化生产。为了解决这两大问题,本研究构建了一种极为稳定的互利共生共培养体系,并通过引入生物传感器进一步实现了共培养种群比例的动态调控和目标产物的高效生产。TCA循环和氨基酸合成均为细胞生命活动所必需,它们的缺陷是多种物质的同时缺陷,将导致细胞生长停止。在本研究中,我们分别构建了TCA循环缺陷以及氨基酸合成缺陷的两个菌株,将这两个菌株进行共培养就形成了一种多物质缺陷互补的新型互利共生共培养体系。由于共培养成员间紧密而牢固的相互作用,该体系实现了种群比例变化和细胞生长不再依赖于初始接种比例,并在任意接种比例下可在48 h内达到3:1的比值。进一步,我们构建了红景天苷以及羟基酪醇的生物合成路径,并通过新型的互利共生共培养（也称为静态共培养）实现了它们的高效生物合成。首先,通过该静态共培养体系,我们成功实现了红景天苷从头生物合成1550 mg/L的摇瓶产量,以及在84 h内12.52 g/L的红景天苷上罐产量。同时,通过连续传代培养,我们证明了所设计的互利共生共培养体系在长期发酵生产中的优良鲁棒性。此外,本研究还首次实现了羟基酪醇的从头合成,产量达550 mg/L。进一步通过双相培养策略减轻羟基酪醇的生物毒性,实现羟基酪醇从头合成产量达647 mg/L。最后,在静态共培养下,羟基酪醇的产量被提高到1634mg/L。另外,为建立能按需调控种群比例的动态共培养体系,本研究根据结构相似原则,筛选出对咖啡酸有着良好响应性的Dmp R生物传感器。通过将Dmp R生物传感器引入到静态共培养体系中,一种能自动感知中间体咖啡酸而主动按需调控种群比例的松柏醇动态共培养高效生产体系被成功建立。通过动态共培养,种群比例由5:1被自动调节到1:1,松柏醇产量由95 mg/L被提升到258 mg/L。最后,本研究选择水飞蓟宾为目标化合物,证明了动态共培养在生产长途径化合物中的应用。本研究成功构建了双菌和三菌从头合成水飞蓟宾的生产路径,并分别实现水飞蓟宾0.28 mg/L和2.02 mg/L的产量,这是水飞蓟宾的首次成功从头合成。本研究所设计构建的静态和动态共培养体系不仅实现了多种高价值化合物的高效生产,同时也为微生物共培养的工业化应用奠定了基础。