甘肃
石榴酸是一种共轭亚麻酸，由于其具有包括抗肥胖、抗氧化、抗癌和抗炎等多种作用，常被用作营养保健品、膳食添加剂和动物饲料。目前，石榴酸主要从石榴籽油中提取，但该方法受到生长周期长、气候限制、回收水平低等条件的制约。
日前，来自南京工业大学的纪晓俊团队在Journal of Agricultural and Food Chemistry期刊发表最新研究，研究团队以提升合成前体分子供应、表达来自石榴的脂肪酸结合酶基因的多个拷贝等作为主要思路，针对解脂耶氏酵母进行工程化改造以生产石榴酸。
最终，该团队在工程化菌株中实现石榴酸产量 3072.72 mg/L，占总产物的 6.19%，为目前报道中微生物发酵生产石榴酸的最高水平。该研究为石榴酸的生产提供了一条可行、可持续、绿色的替代途径。
（来源：Journal of Agricultural and Food Chemistry）
该方法涉及多步酶催化反应。首先利用脂肪酸合酶（Fas）产生酰基载体蛋白（ACP）结合的棕榈酸（C16:0）和硬脂酸（C18:0），二者在去饱和酶（Scd）的作用下分别产生 ACP 结合的棕榈油酸（C16:1Δ9）和油酸（C18:1Δ9）。
在此之后，这些脂肪酸经释放在细胞质中被乙酰辅酶 A 合成酶（Acs）转化，并且作为去饱和酶和缀合酶的底物，生成各种不饱和脂肪酸。其中，C18:1Δ9-CoA 被重新定位到磷脂酰胆碱（PC）的 sn-2 位，进行去饱和和缀合反应。最终，通过 Δ12 脂肪酸去饱和酶（Fad2）和脂肪酸缀合酶（Fadx）反应生成混合的共轭亚麻酸（CLnA），石榴酸是其中的一种。
▲图丨解脂耶氏酵母中用于石榴酸生物合成的脂肪酸和脂质合成途径（来源：Journal of Agricultural and Food Chemistry）
沿着上述思路，“公认安全”的工业酵母解脂耶氏酵母由于具有优异的内在脂质积累能力和充足的石榴酸前体C18:2Δ9,12供应，成为生产石榴酸的优选微生物细胞工厂。
研究团队通过基因编辑的方式，引入脂肪酸结合酶基因建立石榴酸合成途径，过表达 Δ12 去饱和酶基因以推动合成前体供应，并且通过表达多个 PgFADX 副本、重新设计酰基编辑途径改善 PC 池的方法提高产出并促进石榴酸的含量。
经多步骤工程化改造之后，研究团队获得最佳菌株 AZ-13，其在摇瓶中经发酵产出的石榴酸滴度达到了 100.56 mg/L。
在此之后，研究者在 5 L 生物反应器中以补料分批发酵的方式进一步评估了菌株 AZ-13 的产出水平。培养基初始葡萄糖浓度为 150 g/L，培养 48 小时后又泵入 800 g/L 葡萄糖共计 1000 mL。结果显示，菌株 AZ-13 在发酵 110 小时左右达到最高产油量 76.84% DCW，是摇瓶中的 2.06 倍。
▲图丨5 L 生物反应器中分批补料发酵（来源：Journal of Agricultural and Food Chemistry）
值得注意的是，随着发酵时间的延长，石榴酸含量逐渐下降，含油量和生物量却在迅速增加。石榴酸的滴度在 84 小时左右达到最高水平 3072.72 mg/L，该结果比摇瓶结果提高了 42 倍，是迄今为止报道微生物中石榴酸产量的最高水平，并且石榴酸产量占全部产物脂肪酸总量的 6.19%。
总体而言，该项研究为基于解脂耶氏酵母的石榴酸合成法提供了全面的优化策略，该方法为石榴酸在合成生物学领域中开展规模化生产铺平了道路，其将有助于取代现有的天然提取方法和化学合成法。
素材来源官方媒体/网络新闻
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