劉天罡課題組搭建脂質(zhì)合成底盤細(xì)胞助力番茄紅素生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展
2018年11月22日，代謝工程領(lǐng)域頂級(jí)期刊《代謝工程》(Metabolic Engineering)在線發(fā)表我院鄧子新院士團(tuán)隊(duì)劉天罡教授課題組的最新研究成果，題為《聯(lián)合脂質(zhì)工程和系統(tǒng)代謝工程在釀酒酵母中高產(chǎn)番茄紅素》(Lipid engineering combined with systematic metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae for high-yield production of lycopene)。這是該課題組在代謝工程領(lǐng)域及合成生物學(xué)領(lǐng)域助力生物產(chǎn)業(yè)的又一突破性成果。該研究工作第一作者為馬田博士，劉天罡教授為論文通訊作者。
脂溶性產(chǎn)物作為天然產(chǎn)物的一個(gè)大類，在藥物、燃料、香料等方面應(yīng)用非常廣泛。然而，大部分細(xì)胞對(duì)脂溶性產(chǎn)物的承載能力十分有限，有一些產(chǎn)物還具有細(xì)胞毒性，這導(dǎo)致了微生物的高效合成受到限制。番茄紅素作為一個(gè)代表產(chǎn)物，其細(xì)胞高產(chǎn)能力就因此受到很大限制。番茄紅素作為一種出色的抗氧化劑，具有強(qiáng)有力的消除自由基能力，它還具有預(yù)防癌癥、預(yù)防心血管疾病、抗衰老、抗紫外線等多重功效，在食品、化妝品以及醫(yī)藥領(lǐng)域具有重要用途。該研究工作首先通過(guò)代謝工程手段異源合成番茄紅素，調(diào)整基因表達(dá)，優(yōu)化目標(biāo)通路及旁支代謝，平衡輔因子等實(shí)現(xiàn)番茄紅素在釀酒酵母中的初步高產(chǎn)。為了提高酵母細(xì)胞對(duì)于番茄紅素的承載能力，作者重點(diǎn)提高胞內(nèi)脂滴的主要成份--甘油三酯的代謝流，并以番茄紅素多雙鍵的特點(diǎn)，調(diào)控脂質(zhì)合成中不飽和脂肪酸的含量，調(diào)控脂滴的大小，從而提高細(xì)胞對(duì)其的承載能力實(shí)現(xiàn)了番茄紅素在胞內(nèi)的高含量存儲(chǔ)和番茄紅素的高產(chǎn)。
利用代謝工程和合成生物學(xué)技術(shù)可以用于改變天然產(chǎn)物的生產(chǎn)方式，不僅可以改變目前占用大量耕地種植番茄并進(jìn)行提取的生產(chǎn)方式，也可以解決目前化學(xué)合成中產(chǎn)物純度不夠，工藝過(guò)于復(fù)雜的弊端。另外，目前的釀酒酵母底盤和工作基礎(chǔ)可以快速拓展到其他類胡蘿卜素化合物的高產(chǎn)。該工作的另一個(gè)重要意義在于，通過(guò)在非高油脂底盤細(xì)胞中適當(dāng)增加脂質(zhì)含量能夠提升細(xì)胞耐受脂溶性產(chǎn)物能力，該研究所采用思路，為釀酒酵母以及非油脂底盤細(xì)胞提供工程優(yōu)化的參考依據(jù)。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S109671761830288X
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