湖南农大团队改造解脂耶氏酵母，实现高水平微生物制造法

角鲨烯是一种开链三萜类化合物。近年来，由于该化合物在制药、保健、化妆品和食品行业中表现出巨大的商业前景，其实际需求带动了研究领域的学术进步。特别是考虑到从鲨鱼肝油中提取角鲨烯等传统方法仍存在环保等诸多问题，因此，研究者们试图利用微生物实现可持续、高效率的角鲨烯生产。日前，来自湖南农业大学的刘虎虎团队于 Bioresource Technology 期刊在线发表论文 Metabolic engineering of Yarrowia lipolytica for high-level production of squalene。该研究以解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）作为微生物底盘，通过基因编辑的方式创建工程化酵母。在此基础之上辅以途径工程和生物工艺工程手段，最终将角鲨烯产量提高至 1628.2 mg/L（81.0 mg/g DCW）。

（来源：Bioresource Technology）

在众多微生物中，解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）由于安全、高效、底物利用范围广等优点，成为了备受欢迎的微生物底盘之一。

特别是对于角鲨烯的微生物生产而言，解脂耶氏酵母作为一种产油酵母，其本身具有成熟的脂质代谢途径。除此之外，解脂耶氏酵母具有内源性甲羟戊酸途径，可以辅助角鲨烯的合成。因此，解脂耶氏酵母被认为是高效合成角鲨烯的理想底盘细胞。

本次研究中，刘虎虎团队使用解脂耶氏酵母作为“细胞工厂”，基于甲羟戊酸（MVA）途径合成角鲨烯。该方法中，HMG-CoA 还原酶（HMGR）和角鲨烯合酶（SQS）起到限速酶的作用，因此研究者首先通过增强限速酶编码基因活性的方法提升产量。

图丨提升角鲨烯产量的主要策略（来源：Bioresource Technology）

在此之后，研究团队还针对辅因子、组合前体等过程逐一进行工程化改造。包括增强角鲨烯合成途径中还原型辅酶 II（NADPH）的供应，以及进一步构建异戊二烯醇利用途径并且过表达解脂耶氏酵母的 DGA1，从而获得了工程化菌株 YLSQ9，其角鲨烯产量达到了 868.1 mg/L。

在此之后，研究团队进一步优化了发酵条件，最终使 YLSQ9 的角鲨烯产量达到了 1628.2 mg/L（81.0 mg/g DCW），其为迄今为止解脂耶氏酵母中角鲨烯产量最高值。

图丨优化发酵条件提高 YLSQ9 角鲨烯产量（来源：Bioresource Technology）

近年以来，随着代谢工程和合成生物学的进步，研究学者长期试图采用各种策略以提高工程微生物合成角鲨烯的产量。其主要手段包括：增强参与角鲨烯生物合成途径的限速酶编码基因活性；阻断影响代谢通量的其他竞争途径；引入抑制剂调节角鲨烯生物合成途径并增加角鲨烯积累；以及优化发酵条件。

以上述思路为基础，本次研究通过过表达限速酶编码基因、增加 NADPH 供应、提高前体 IPP 供应以及发酵过程优化等诸多方法，最终在解脂耶氏酵母中实现了角鲨烯的高效率合成。

总体而言，该项研究再次证明了利用解脂耶氏酵母高效率生产角鲨烯的广泛前景，或将进一步带来稳健、高效的角鲨烯微生物发酵工艺。

参考资料：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.130233免责声明：本文旨在传递合成生物学最新讯息，不代表平台立场，不构成任何投资意见和建议，以官方/公司公告为准。本文也不是治疗方案推荐，如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。

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