山东大学代谢工程改造解脂耶氏酵母，实现视黄酯高效合成

视黄醇（维生素 A）对人体生长发育至关重要，而视黄酯作为其储存形式，稳定性较好，在医药和化妆品领域应用广泛，如在护肤品中，它能温和地发挥滋养肌肤、抗衰的功效。

目前商业上视黄酯主要通过化学合成，该过程多使用有毒原料和复杂催化步骤，对生产条件要求较高。为了找到更环保、可持续的生产方法，研究人员把目光投向了微生物合成，其因环境友好、可持续且能利用廉价原料，正成为极具潜力的替代合成方法。

近日，山东大学侯进、祁庆生等在 Green Chemistry 期刊发表题为“Biosynthesis of retinyl esters in Yarrowia lipolytica through metabolic engineering and fermentation condition optimization”的研究。研究人员在改造微生物解脂耶氏酵母生产视黄醇（维生素 A ）时，意外发现改造后的工程菌株可产生视黄酯。随后，通过进一步探索并优化发酵条件，该团队最终实现利用工程菌株高效生物合成视黄酯，为视黄酯的可持续工业化生产提供了新途径。

解脂耶氏酵母是一种非传统产油酵母，具备强大的 β-氧化能力和酰基转移酶活性，可以利用脂肪酸和油作为碳源，而且对环境适应能力强，在不同酸碱度和盐度下都能生长，是改造的理想对象。

此前的研究已成功改造解脂耶氏酵母用于生产 β-胡萝卜素（视黄醇合成前体）和视黄醇，因此本研究在此基础上探索其生产视黄酯的能力。

首先，研究团队对解脂耶氏酵母进行了基因改造，使其能够合成视黄醇。他们在众多生物中筛选 β-胡萝卜素 15,15'-二加氧酶（BCO）和视黄醇脱氢酶（RDH）。试验显示来自未培养海洋细菌 66A03 的 BCO 基因和人源的 RDH12 搭配起来效果最佳，能让菌株生产视黄醇的能力大幅提升。

为了进一步提高视黄醇产量，研究人员还利用非同源末端连接技术，增加 BLH 和 RDH12 的基因拷贝数，成功筛选出了高产视黄醇的 VA1-3 菌株。之后，他们又强化了 VA1-3 菌株中甲羟戊酸途径上游基因的表达，还引入了额外的 GGPP 合酶（HpGGPPs）和 CarRP 基因，这一系列操作让视黄醇产量大幅提高，在优化的发酵条件下，该菌株在补料发酵过程中能够产生 5.89 g/L 的视黄醇，这是迄今为止微生物生产视黄醇的最高水平。

更令人兴奋的是，在摇瓶培养中时，研究人员还意外发现该菌株能产生视黄酯。

当研究人员将培养基从富含氮的条件改为氮限制条件时，解脂耶氏酵母的代谢途径发生了转变，从合成视黄醇变为合成视黄酯，并且在该条件下，菌株产生了 8.18 g/L 的视黄酯，这一产量是之前报道的微生物生产视黄酯的 117 倍。

研究人员推测，这是因为在氮限制条件下，细胞的代谢发生了一系列变化，其中脂质合成途径被激活，细胞内脂质含量增加。而脂质合成过程中产生的酰基辅酶 A 是视黄酯合成的重要底物，随着酰基辅酶 A 含量的上升，为视黄酯的合成提供了充足的原料。同时，部分酰基转移酶基因表达上调，使得催化视黄醇转化为视黄酯的酶量增加，从而促进了视黄酯的合成。由此研究人员认为，酰基辅酶 A 的可用性在这一代谢途径转变中起到了关键作用，它作为原料和影响酶活性的因素，可直接影响视黄酯的生产。

不仅如此，鉴于视黄棕榈酸酯（视黄酯的一种）在医药和化妆品中的广泛应用，研究人员还尝试利用解脂耶氏酵母生产该物质。其以不同碳源培养菌株后发现，当以棕榈酸为碳源时，视黄棕榈酸酯即为主要产物。

令菌株进一步表达多种酰基转移酶和视黄醇结合蛋白 1（RBP1）后，发现 RBP1 单独表达时可令视黄棕榈酸酯产量产生明显提升。在 5 L 生物反应器中进行补料分批发酵，最终视黄棕榈酸酯产量高达 4.53 g/L 。

总之，本研究成功构建了能高效合成视黄酯的解脂耶氏酵母工程菌株，该菌株在不同培养条件下可合成不同视黄类物质，且视黄醇和视黄酯产量均达到目前报道的最高水平。而且微生物合成视黄酯避免了化学合成中有毒原料的使用，更环保、可持续且可扩展性强。尽管当前产量尚未达到经济可行的要求，但通过进一步优化菌株，有望实现视黄酯的低成本高效生产。

参考文献：

1．Zhang J, Sun L, Yang W, et al. Biosynthesis of retinyl esters in Yarrowia lipolytica through metabolic engineering and fermentation condition optimization[J]. Green Chemistry, 2025, 27(4): 1056-1069.

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