代谢工程改造解脂耶氏酵母高效生产角鲨烯

synbio深波 · 公众号 · · 2023-12-31 20:00

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角鲨烯是一种天然的三萜化合物，最早在1906年被日本化学家本满丸博士在深海鲨鱼的肝脏中发现，从此角鲨烯逐渐进入人们的视野。角鲨烯因其独特的结构使得其有广泛的生理活性。在食品领域，角鲨烯可以作为抗氧化剂，延长食品的保质期；在医药领域，角鲨烯可以作为抗癌，抗炎的药物；在化妆品领域，角鲨烯可以作为抗衰老的成分。

角鲨烯从被发现以来，最主要的提取方式是直接通过捕杀鲨鱼并从其肝脏中提取，这使得鲨鱼数量急剧减少，随着关于鲨鱼相关的保护法的颁布，以及这种从鲨鱼肝脏中提取角鲨烯的生产方式并不是一种可持续的生产方式。为了满足来自广大市场对角鲨烯的需求，目前迫切需要一种新的生产方式。目前，中国江西的宜春大海龟公司通过从植物中提取角鲨烯并实现了产业化生产。虽然从植物中提取角鲨烯的生产方式也是一种可行的选择，但是这种生产方式也存在一定的弊端，例如植物的生长周期长，植物的大量种植会占用大量的耕地面积，从植物中提取角鲨烯的工艺较为复杂等。随着合成生物学的发展，利用工程微生物生产角鲨烯成为了一种新的趋势。中国的百开盛公司获批全球首款生物全合成角鲨烯，实现了生物合成角鲨烯规模化的量产。美国的Amyris公司以甘蔗为原料，利用酵母发酵生产角鲨烯。表1总结了目前部分可产角鲨烯酵母工程菌株信息。

表1：部分酵母菌株产角鲨烯的情况

近日，来自湖南农业大学的刘虎虎副教授团队在Bioresource Technology期刊上发表文章：Metabolic engineering of Yarrowia lipolytica for high-level production of squalene。

该团队首先通过在解脂耶氏酵母PO1f（ΔKu70）中过表达来自酿酒酵母的ScHMG1和解脂耶氏酵母内源的ylSQS，得到工程菌株YLSQ1，其角鲨烯产量为262.0 mg/L；接着采用辅因子工程策略过表达解脂耶氏酵母自身磷酸戊糖途径中的关键酶基因G6PD和PGD以提升胞内NADPH含量，获得一株角鲨烯产量为535.5 mg/L的工程菌YLSQ5；然后采用前体工程策略，在底盘细胞中从头构建IUP路径，在1 mM异戊二烯醇添加量下，工程菌YLSQ6角鲨烯产量提升至795.5 mg/L。同时，通过油脂体工程策略，在YLSQ5中分别过表达DGA1和DGA2，获得可产776.3 mg/L角鲨烯的工程菌YLSQ7，可产工程菌584.7 mg/L 角鲨烯的工程菌YLSQ8。在工程菌YLSQ6中进一步过表达DGA1，获得一株角鲨烯产量为868.1 mg/L的工程菌YLSQ9，最后，将YLSQ9作为最终工程菌，分别从摇瓶规格、碳氮比、特比奈芬添加量、培养基组分、葡萄糖浓度和温度等方面优化工程菌YLSQ9发酵生产角鲨烯条件。确定摇瓶水平最优发酵条件为不带挡板常规摇瓶（规格250 mL）、碳氮比为10:1、培养基为YNB-60、温度为28°C。

在该条件下，工程菌YLSQ9发酵72 h后可产1628.2 mg/L角鲨烯，达到了一个在摇瓶水平生产角鲨烯的理想结果。该团队工作已申请专利（专利名称：一种生产角鲨烯的酵母工程菌及其应用，专利申请号：202311528632.0）。

该团队还在开展相关工作，以进一步探究解脂耶氏酵母优产角鲨烯的潜力，为实现角鲨烯的绿色高效合成提供借鉴。

资料来源：

湖南农业大学刘虎虎副教授课题组- 解脂酵母Plus

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