论文荐读

代谢工程改造酿酒酵母高效合成游离脂肪酸

作者：

朱满志, 陈献忠∗, 沈微, 杨海泉, 夏媛媛

单位：

江南大学 生物工程学院，工业生物技术教育部重点实验室

基金项目：

国家自然科学基金项目(32271533)

摘要&关键词

摘要：该文以酿酒酵母BY4741作为底盘细胞，通过系统代谢工程改造提高游离脂肪酸( free fatty acid,FFAs)的合成。首先，通过删除酰基CoA合成酶FAA1、FAA4以及FAT1的编码基因,提高FFAs的合成，酵母工程菌株FFAs达到384.4 mg/L。进一步，通过敲除POX1、FAA2和PXA2基因，破坏了酵母细胞的β-氧化途径，使细胞外FFAs进一步提高，达到了394.9 mg/L。随后,通过敲除磷脂酸磷酸酶编码基因DPP1,LPP1,PAH1,降低了磷脂酸( phosphatidic acid，PA)的去磷酸化水平，获得的多基因缺失的酵母工程菌(Δfaa1 Δfaa4 Δfat1 Δpox1 Δfaa2Δpxa2Δdpp1 Δlpp1 Δpah1) 能够产生497.3 mg/L的细胞外游离脂肪酸，以及1 332.2 mg/L的总脂肪酸。通过组合代谢工程产生的平台菌株，为未来发展脂质相关的细胞工厂提供了基础。

关键词：游离脂肪酸；β氧化；酿酒酵母；磷脂酸；酰基CoA

主要结论

为了获得一株高产游离脂肪酸的工程菌株，本研究以酿酒酵母BY4741作为底盘细胞，首先为了阻断酿酒酵母的脂酰辅酶A再生途径，对其内源的FAA1、FAA4、FAT1基因进行敲除，这使游离脂肪酸开始积累。随后对酿酒酵母的POX1、FAA2和PXA2基因进行敲除，以阻断其β-氧化途径，这减少了脂肪酸的消耗，使游离脂肪酸的积累量进一步提升。在此基础上对酿酒酵母中负责催化磷脂酸（PA）到二酰基甘油（DAG）的酶的编码基因DPP1、LPP1以及PAH1进行敲除，这将会允许PA的积累从而上调与脂肪酸合成的相关的FAS1/2以及ACC1等基因的表达，这使脂肪酸的产量得到了进一步提升，在摇瓶发酵72 h后，胞外游离脂肪酸的产量达到了497.3 mg/L、总脂肪酸的产量达到了1 332.2 mg/L。

图1 酿酒酵母生产游离脂肪酸的代谢途径

Fig 1 Metabolic pathway for free fatty acid production by Saccharomyces cerevisiae

注：Mal:苹果酸; OAA:草酰乙酸; TAG:三酰基甘油; SE:甾醇酯; DAG:二酰基甘油; LPA:溶血磷脂酸; G3P:三磷酸甘油醛; PA:磷脂酸; PI:磷脂酰肌醇; PS:磷酯酰丝氨酸; PE:磷脂酰乙醇胺; PC:磷脂酰胆碱; PL:磷脂

图2 磷脂酸调控脂肪酸合成示意图

Fig 2 Schematic diagram of phosphatidic acid regulating fatty acid synthesis

图3 重组菌株脂肪酸产量以及生长曲线

Fig 3 Fatty acid production and growth curves of recombinant strains

本研究通过全新的组合代谢工程策略构建了一株能够高效生产FFAs的菌株，为后续进一步提高FFAs 的产量或者生产脂肪酸衍生物奠定了基础。

团队介绍

江南大学微生物合成生物制造团队由陈献忠教授领衔，团队致力于工业微生物遗传育种的基础与应用研究，以模式生物（大肠杆菌和酿酒酵母等）和工业潜力微生物（假丝酵母）为底盘细胞，以精细化学品高效合成为目标，基于系统代谢工程和合成生物学技术解析工业微生物生理代谢和调控机制，发展菌种选育新技术和新方法，创制“智能细胞工厂”，实现化学品的绿色生物制造。

团队目前共有教授1人，副教授3人，助理研究员1人，博士和硕士研究生30多人。在Biotechnology Advances、Metabolic engineering、Green Chemistry等工业生物技术领域主流期刊发表SCI收录论文70余篇，申请发明专利80余项，其中授权发明专利46项，主编或参编科技书籍5部。主持包括国家重点研发计划课题、国家自然基金面上及青年项目、江苏省重点研发计划、江苏省自然科学基金和军工项目等在内的国家和省部级科研项目及企业横向课题20余项。获得教育部科技进步一等奖1项，江苏省科学技术二等奖1项，国家级教学成果二等奖2项，江苏省教学成果一等奖1项。指导学生获得国际遗传工程机器大赛（iGEM）金奖，全国大学生生命科学竞赛二等奖、江苏省优秀本科毕业论文等奖项等奖项。

团队负责人

陈献忠，发酵工程专业博士、教授、博士生导师、副院长。长期从事微生物代谢工程育种与合成生物学的研究，主要承担微生物学、微生物遗传育种学等课程的讲授工作。是教育部虚拟教研室负责人、教育部课程思政教学名师，省级一流课程负责人，曾获江苏省青蓝工程中青年学术带头人、江苏省“六大人才高峰”高层次人才等荣誉。

引用格式

朱满志,陈献忠,沈微,等. 代谢工程改造酿酒酵母高效合成游离脂肪酸[J]. 食品与发酵工业,2024,50(2):15-22.

本文图片来源于文章原文及作者团队。