釀酒酵母是目前合成生物學(xué)領(lǐng)域研究最為廣泛的微生物底盤細(xì)胞之一，但作為Crabtree陽性菌株，其溢流代謝導(dǎo)致副產(chǎn)物乙醇代謝通量過高而生物質(zhì)得率較低。非發(fā)酵碳源可有效維持細(xì)胞線粒體的完整性，從而最大程度限制乙醇的剛性通量，保障萜烯生物合成所需的高能耗和輔因子平衡。

近日，華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院的李爽教授團(tuán)隊在《GreenChemistry》雜志發(fā)表題為“EfficientutilizationofcarbontoproducearomaticvalenceneinSaccharomycescerevisiaeusingmannitolassubstrate”的研究論文。該論文首次報道了以釀酒酵母為底盤細(xì)胞，非發(fā)酵碳源甘露醇為唯一碳源，構(gòu)建高附加值倍半萜類香料——瓦倫西亞烯的高效細(xì)胞工廠，證明了海藻源碳源在釀酒酵母高產(chǎn)萜類化合物中的潛力。

該研究從理論代謝網(wǎng)絡(luò)基元計算出發(fā)，模擬出甘露醇高效生產(chǎn)瓦倫西亞烯的代謝靈活性，理論上證明了該路線的可行性。實驗研究進(jìn)一步表明，相比葡萄糖碳源，以甘露醇為唯一發(fā)酵碳源，瓦倫西亞烯的產(chǎn)量和C/C轉(zhuǎn)化率分別提高3和5倍。基因組和轉(zhuǎn)錄水平分析揭示，甘露醇碳源為瓦倫西亞烯合成相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)提供了更有利保障。通過合成生物學(xué)代謝調(diào)控手段，進(jìn)一步優(yōu)化前體供應(yīng)、底物攝取速率及輔因子再生等，在3L發(fā)酵罐實現(xiàn)瓦倫西亞烯產(chǎn)量5.6g/L。

相比目前瓦倫西亞烯以西柚皮為原料提取的低得率，該研究獲得的釀酒酵母細(xì)胞工廠產(chǎn)量達(dá)到g/L范圍，將具有絕對的價格優(yōu)勢，且不受農(nóng)業(yè)耕地、季節(jié)等條件限制。該研究也為其他萜類化合物的高效微生物制造開辟了一條新的道路。