全细胞催化目前已发展成为生物催化领域的一个理想平台技术，但在级联反应中，全细胞催化中多酶之间的有效协同往往存在许多制约，从而无法实现级联反应效率的最大化。近几年，工程化生物被膜技术的出现及发展，为解决这一问题提供了条件。大肠杆菌生物被膜具有位置不同且顺序化的固定位点，因此研究者可根据级联反应中酶的性质及反应的类型，合理地将酶展示到生物被膜的不同位置；与此同时，纳米尺度范围内将酶间距离的拉近也有利于底物通道的形成。有鉴于此，针对级联反应中底物通道的需求，研究者提出了一种理性设计生物被膜催化剂的概念。

为了验证理性设计的可行性，研究者选择了以苯甲醛和甘氨酸为底物合成D-苯乳酸（D-PLA）的反应途径来进行验证。根据反应中瓶颈酶存在的问题以及反应的类型，研究者分别将四个酶合理分布到工程化大肠杆菌生物被膜的curli纤维、细胞膜表面及细胞内。该设计符合底物通道的设计需求以及底物由外向内的转运方向。结果显示，生物被膜催化剂的反应效率可达到通常全细胞催化剂的2.8倍。以上结果证明，理性设计的生物被膜催化剂可为全细胞催化效率的最大化提供一个很好的支撑平台，也为有效整合胞内、外催化组分的优势提供了新思路。