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近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所合成微生物學(xué)研究組研究員周雍進(jìn)團(tuán)隊(duì)在甲醇生物轉(zhuǎn)化研究方面取得新進(jìn)展?？蒲袌F(tuán)隊(duì)以甲醇酵母為細(xì)胞催化劑，通過結(jié)合適應(yīng)性進(jìn)化和理性代謝工程改造，實(shí)現(xiàn)了甲醇生物轉(zhuǎn)化高效合成脂肪酸衍生物?！ ?/div>
隨著石油等資源的日益枯竭，越來越需要新的原料來滿足人們不斷增長的生物煉制需求。甲醇是理想的可再生原料，能量密度較高、來源廣泛。脂肪酸衍生物是一類含氧量低、能量密度高、富含碳?xì)湓氐奶烊豢稍偕Y源，是液體生物燃料、油脂化工品、食品和材料等生產(chǎn)的基礎(chǔ)原料，應(yīng)用于日常生產(chǎn)生活。傳統(tǒng)動(dòng)、植物油脂產(chǎn)量有限，難以滿足日益增長的需求，亟待發(fā)展油脂生產(chǎn)新技術(shù)。甲醇生物轉(zhuǎn)化可建立不依賴耕地的脂肪酸供給路線，而微生物細(xì)胞中甲醇代謝復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)高效定向轉(zhuǎn)化?！ ?/div>
本研究中，科研團(tuán)隊(duì)在改造以多形漢遜酵母為宿主的內(nèi)源代謝合成脂肪酸過程中發(fā)現(xiàn)，工程菌株在甲醇中無法生長。研究還發(fā)現(xiàn)，通過實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)性進(jìn)化獲得的馴化菌株，能夠在甲醇中正常生長且可高效生產(chǎn)脂肪酸；多組學(xué)技術(shù)鑒定發(fā)現(xiàn)，雙敲除兩個(gè)關(guān)鍵突變基因LPL1（推測脂酶）和IZH3（與Zn代謝相關(guān)膜蛋白），可以顯著緩解甲醇代謝壓力；脂質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)脂肪酸菌株磷脂的合成受阻，影響過氧化物酶體膜完整性，導(dǎo)致關(guān)鍵有毒中間體甲醛泄漏，引起細(xì)胞壞死。基于上述成果，研究人員在轉(zhuǎn)錄組學(xué)指導(dǎo)下，重排了細(xì)胞內(nèi)全局代謝，強(qiáng)化了前體乙酰輔酶A和輔因子NADPH的供給，使?jié)h遜酵母以甲醇為唯一碳源合成了脂肪酸，產(chǎn)量為15.9 g/L?！ ?/div>
此外，研究在畢赤酵母中發(fā)現(xiàn)，在甲醇代謝過程中，甲醛的積累同樣影響甲醇生物轉(zhuǎn)化效率；研究通過優(yōu)化細(xì)胞中心代謝與輔因子再生過程、強(qiáng)化甲醇代謝路徑，大幅減少了甲醛積累，提高了脂肪酸產(chǎn)量（23.4 g/L）。研究團(tuán)隊(duì)采用代謝切換的策略，快速將脂肪酸生產(chǎn)菌株改造為脂肪醇細(xì)胞工廠，簡化了菌株構(gòu)建過程，實(shí)現(xiàn)脂肪醇產(chǎn)量達(dá)2.0 g/L?！ ?/div>
上述研究揭示了酵母中甲醇代謝調(diào)控規(guī)律以及代謝壓力分子機(jī)制，為甲醇生物轉(zhuǎn)化以及CO2高值化轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供了新思路?！ ?/div>
近日，相關(guān)研究成果分別以Rescuing yeast from cell death enables overproduction of fatty acids from sole methanol和Methanol biotransformation toward high-level production of fatty acid derivatives by engineering the industrial yeast Pichia pastoris為題，發(fā)表在《自然-代謝》（Nature Metabolism）和《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。韓國慶熙大學(xué)教授Eun-Yeol Lee在《自然-代謝》上發(fā)表亮點(diǎn)評述文章（Methanol-tolerant yeast for biofuel production）提出，該研究強(qiáng)化了甲醇耐受性，實(shí)現(xiàn)了甲醇高效轉(zhuǎn)化合成脂肪酸，將為未來油脂化學(xué)品和生物燃料供應(yīng)提供潛在供應(yīng)路線。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目/面上項(xiàng)目、大連化物所科研創(chuàng)新基金等的支持。   |
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