徐鹏等人工程化改造解脂耶氏酵母，针对植物食品氰苷解毒

氰化物是一种植物性化学物质，严重威胁食品安全和人类健康。在众多食用植物中，氰化物都以氰苷的形式广泛存在，像木薯中的亚麻仁苦苷、高粱中的蜀黍氰苷、苹果籽中的苦杏仁苷等。这些氰苷在人体摄入后，特定条件下将转化为剧毒的氢氰酸（HCN），可引发神经系统紊乱、呼吸抑制、心跳异常等中毒症状，甚至导致死亡，严重威胁人们健康，因此，如何有效地去除这些植物中的氰化物，保障食品安全，一直是研究的重点。

然而，在食物氰化物解毒方面，传统的物理和化学方法往往受到精确性不足及效率低下等限制。目前，使用食品级微生物降解氰苷被普遍认为是去除可食用植物中氰化物最安全、最有效的方法。

近日，来自广东以色列理工学院徐鹏等人在 Communications Biology 期刊发表了一篇题为“Expanding Yarrowia lipolytica’s metabolic potential for detoxification of cyanogenic glycosides in edible plants”的研究。在该研究中，研究人员通过基因工程技术，成功改造解脂耶氏酵母，使其能够高效地降解多种植物中的氰苷，从而去除氰化物的毒性。

解脂耶氏酵母本身被认定为“公认安全（GRAS）”的食品级微生物，且具备抵抗氰化物的呼吸途径，从而可以很好的在含有氰化物的环境中生存和代谢，从而持续有效地进行解毒工作。

在含有氰苷的植物中，糖苷水解酶家族 1（GH1） 将相对惰性的糖苷水解成氰醇，氰醇随后被水解成非还原性葡萄糖基和氢氰酸 (HCN)。

为了获得具有解毒功能的菌株，研究人员首先从木薯和水稻中分别克隆 LINA 和 β-glucosidase 7（BGLU7）基因，两者均属于 GH1，负责水解氰苷的糖苷键，释放 HCN 和葡萄糖基团。

经过验证，LINA 蛋白酶在 6 小时内将 50 mg/L 的亚麻仁苦苷降解至 26.78 mg/L 以下，在此过程中释放出 58.97 mg/L 的 HCN；相比之下，Os3bglu7 蛋白高效水解苦杏仁苷、野樱苷和蜀黍苷，但对亚麻仁苦苷的水解效果较差，从 50 mg/L 降低至 10 mg/L 以下，同时每种氰苷释放出超过 90 mg/L 的 HCN；LINA-BGLU7 复合酶则对多种氰苷的水解多功能性有所提高。

然后，再引入大肠杆菌的 3-巯基丙酮酸硫转移酶（sseA）基因，尝试将 HCN 转化为低毒性的硫氰酸盐（SCN）。但事实证明，其对氰苷的水解改善并不显著。这表明 HCN 对菌株的氰化物降解活性没有显著的限速作用，可能是由于其高挥发性。

确定转基因菌株能在高浓度的氰苷中存活和生长后，研究人员对新型菌株 YXP08lb 进行了性能测试。在评估其对氰苷的降解能力时，研究人员设置了多组实验，将其培养在含不同浓度氰苷（亚麻仁苦苷、苦杏仁苷、野黑樱苷和蜀黍氰苷）的培养基中，并分别以编码 LINE 基因和 BGU7 基因的菌株作为对照。

结果显示，YXP08lb 降解氰苷能力卓越，48 小时内可将 100mg/L 的亚麻仁苦苷降解至 3.6mg/L，降解效率达 96.4%；对苦杏仁苷、野黑樱苷和蜀黍氰苷的降解效率分别为 95.8%、94.3% 和 92.3%，而对照组酵母降解效果低。

在实际食物样本降解实验中，研究人员选取木薯、杏核和发芽高粱等含氰苷食物，先利用 HPLC 技术测定食物中氰苷初始含量后，再将 YXP08lb 菌株接入处理后的食物样本，30℃ 发酵 48 小时后用 HPLC 技术检测发酵后氰苷残留量。

数据表明，在实际木薯样本中，YXP08lb 能将亚麻仁苦苷含量从 34.85±1.03 mg/g 降至 2.09±0.12 mg/g，降解效率达 93.9%，在杏核和发芽高粱样本中也有显著成果，证明了该菌株在实际应用中同样有效。

为探究 YXP08lb 解毒能力的内在机制，研究人员从多层面展开了研究。

抗氰化物呼吸（AOX）途径激活。改造后的酵母菌株通过激活一系列基因，增强了自身的代谢能力。这些基因包括促进氧气结合的细胞色素氧化酶复合体基因、替代氧化酶基因等，从而规避 HCN 毒性并维持细胞稳态。

基因表达调控。YXP08lb 菌株中与核糖体生物合成相关的基因显著上调，为蛋白质快速合成提供条件，从而提高了糖苷水解酶的产量和活性，进一步增强了其“解毒”能力。

磷脂合成增强。研究人员通过分析脂质成分发现，YXP08lb 菌株能够合成大量磷脂，包括磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱和磷脂酰甘油等。磷脂对于维持细胞膜结构完整性和细胞代谢稳定性至关重要，这为菌株在解毒过程中的能量供应和细胞功能维持提供了重要支持，有助于其在含氰环境中更好地生存和发挥解毒作用。

能量利用途径优化。YXP08lb 提高了一系列与氧化磷酸化以及 NAD⁺ 和 ATP 稳态相关的关键酶基因表达。如编码柠檬酸合酶的基因过表达，可加速三羧酸循环中草酰乙酸向柠檬酸的转化。乙酰辅酶 A 合酶的过表达则促使可用的柠檬酸迅速转化为乙酰辅酶 A，为细胞能量生成提供了支持，助于其在含氰环境中更好地生存和发挥解毒作用。

总之， 新型解脂耶氏酵母 YXP08lb 菌株的构建，有望大大提升食品安全性，为食物氰化物问题带来解决方案。不仅如此，其大量合成磷脂的特性，也为单细胞磷脂生产提供新可能，在医药和保健品领域具有潜在开发价值。

参考文献：

1．Azi, F., Li, Z. & Xu, P. Expanding Yarrowia lipolytica’s metabolic potential for detoxification of cyanogenic glycosides in edible plants. Commun Biol 8, 188 (2025). https://doi.org/10.1038/s42003-025-07628-5

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。