天大宋浩/曹英秀等探索解脂耶氏酵母利用乙酸合成脂肪醇的微生物电合成新策略- 大数跨境

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天大宋浩/曹英秀等探索解脂耶氏酵母利用乙酸合成脂肪醇的微生物电合成新策略

生辉SynBio

2023-07-20

导读：该研究在解酯耶氏酵母内首次引入MES，并整合乙酸利用途径改造等代谢工程策略，有效提高了乙酸到脂肪醇的生物转化效率。

乙酸在工业微生物发酵中具有经济和环境友好的特性，是极具潜力的生物制造新底物。解脂耶氏酵母以其天然的乙酸同化途径、对溶剂和酸的高耐受性以及成熟便捷的基因操作工具，成为将乙酸转化为高附加值产品的理想微生物。然而，与葡萄糖相比，乙酸的利用率较低。这是因为乙酸转化为乙酰辅酶 A 时不会产生 NAD(P)H，而且乙酸会几乎关闭流向戊糖磷酸途径的通量，从而阻碍 NAD(P)H 的回补。

微生物电合成（Microbial Electrosynthesis, MES）系统是一种无需进行繁琐的基因修饰，即可直接再生胞内还原力的方法。该系统通过利用电能驱动细胞内的还原反应，提供一种再生细胞所需 NAD(P)H 的新途径。近日，天津大学的宋浩、曹英秀团队在“Biotechnology and Bioengineering”期刊上发表了《Enhanced acetate utilization for value‐added chemicals production in Yarrowia lipolytica by integration of metabolic engineering and microbial electrosynthesis》。该研究在解酯耶氏酵母内首次引入 MES，并整合乙酸利用途径改造等代谢工程策略，有效提高了乙酸到脂肪醇的生物转化效率。

在优化乙酸的代谢途径方面，研究人员进行了 ACS（乙酰辅酶 A 合酶）和 AckA-Pta（乙酸激酶和磷酸转乙酰酶）途径的比较，以评估其对乙酸转化效率的影响。研究结果表明，AckA-Pta 途径能够产生更高的脂肪醇产量。

随后，研究人员添加少量葡萄糖激活戊糖磷酸途径以进一步增加还原力供应。他们着重研究了葡萄糖在共底物发酵过程中的作用，结果表明在共底物发酵中，少量的葡萄糖主要通过提高细胞内的 NAD(P)H/NAD(P)+比率，而不是促进菌株生长，从而成功促进了乙酸到脂肪醇的转化。

最后，通过电极提供的电子，解酯耶氏酵母可以将胞内的 NAD(P)+转化为 NAD(P)H，并用于脂肪醇的合成反应。结果显示，电合成技术使得细胞内的还原力增加了约 2.7 倍，最终脂肪醇的产量达到了出发菌株产量的 6.17 倍。

通过以乙酸为底物合成三萜类化合物羽扇豆醇和桦木酸的实例，进一步验证了这些策略的有效性和普适性。

综上所述，该研究通过结合 MES、优化代谢途径和底物共利用策略，成功提高了乙酸的利用效率，并实现了从乙酸到脂肪醇和其他高附加值化合物的转化，为绿色生物质转化相关的工业生物技术提供新的方案。

参考资料：

1.https://doi.org/10.1002/bit.28465

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