“本研究方案可谓一举多得，既可以使玉米秸秆变废为宝，也减少了因秸秆焚烧造成的碳排放，响应了国家的双碳目标，同时 CSH 的成本要比葡萄糖等碳源更低。这种对可再生资源的高效利用，是实现发酵工业可持续发展的一个代替方案。” 刘军锋 说道。

制定组合策略：代谢流调控和两阶段培养

在最新这项研究中， 刘军锋 等人对酿酒酵母菌株进行了三部分的改造：

第一，对转录因子 Mga2 进行截短。Mga2 可以调控脂肪酸合成路径的多个基因，截短后的 Mga2 可以不经蛋白水解加工直接进入细胞核，激活目标基因的表达，避免了对合成路径中多个基因的调控；

第二，促进单不饱和脂肪酸的代谢流量。通过增强脂肪酸延长酶基因 CgKCS 的表达，促进 POA 合成的流量。

“总的来说，前两部分采取了“推拉”策略来增加 POA 合成的流量。”

第三，抑制 POA 合成的竞争途径，让碳代谢流向 POA 合成的主途径聚集。

刘军锋 告诉生辉 SynBio，“实现 POA 的稳定高产着实是一个难点，这是因为，脂肪酸是细胞膜系统以及胞内外一些重要大分子的成分，它的合成非常容易受到细胞自身生理状态和细胞内外一些因素（温度、离子等）的影响。”

而正因为 POA 的合成容易受到环境因素的影响， 刘军锋 想借此促进 POA 的合成。“考虑到若采用离子因素，可能后期的处理过程比较麻烦，我们最终选择了变温的培养策略，”他说，“当然，温度的组合过程也需要考虑经济因素，若温度太低，在生产中也是很耗能的。”

综合考虑后， 刘军锋 等人选择两阶段培养方式，设置培养酿酒酵母菌的温度上限和下限分别为 30 摄氏度和 20 摄氏度，“这是它生长比较好的温度范围。温度高时，可以更好地促进酵母菌的生长；温度低时，在保证酵母菌能够正常生长的同时，也促进了 POA 的合成。“

“事实也证明，两阶段培养方式比较明显地促进了酿酒酵母的生长和棕榈油酸的合成。”

此外，在研究开始前，“CSH 在一定程度上会抑制酵母的生长”这一问题也困扰着研究人员。如果酿酒酵母生长受到抑制，棕榈油酸的产量肯定会受到影响。

刘军锋 等人对 CSH 做了脱毒和未脱毒的对照试验，结果显示，未脱毒的 CSH 对酿酒酵母菌的生长稍微有一点有影响，但是对于 POA 的产量没有影响。

“这也是令我们比较欣慰的地方，意味着改造后的工程酵母可以直接利用 CSH，在 CSH 的制备流程中减少了脱毒这一步。”

▲图丨优化条件下的 POA 产量（来源：受访者提供）

最终，组合策略使 POA 的滴度达到 6.56 g/L。文章中指出，“总的来说，以 CSH 为碳源的 POA 的滴度要高于以葡萄糖为碳源的 POA 滴度。”

仍需继续优化：菌种改造和工艺优化

接下来，团队将向着“把该策略推广至大规模生产”展开研究计划。

一方面，进一步改造菌株使其更耐受且底物更宽泛。“CSH 里面或多或少存在一些抑制微生物生长的成分，所以需要菌株更耐受。现在的菌株仍然具有不稳定性，这也限制了培养基的一些成分的使用。我们想通过基因整合等手段不断地改造工程菌，使其能够适应大规模生产对原料上比较宽泛的需求，至少能够适应更多的底物。”

另一方面，进一步优化生产工艺来降低成本、提高产物产量，从而提高产物的市场竞争力。

此外，想要实现大规模的生产，除了生产端满足条件，需求端也要有稳定的市场。“只有当需求量足够大且产物价值足够高时，才有可能进行推广。”

刘军锋 的研究方向主要是微生物的油脂合成和代谢调控，近年来一直围绕着用全细胞催化法来合成高附加值的、有应用前景的脂类物质。除了棕榈油酸的生产，该团队此前还实现了 神经酸、MLM 型结构脂等的生物合成，“我们也希望将来可以通过低成本的底物（包括玉米秸秆水解液）发酵生产这些乃至更多的产物。”

参考资料：

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