NBT:改造解脂耶氏酵母胞質還原勢代謝大幅提升生物柴油生產效率

2020-12-08 中國生物技術信息網

NBT：改造解脂耶氏酵母胞質還原勢代謝大幅提升生物柴油生產效率

來源： 生物催化劑設計與改造服務   發布者：左麗媛   日期：2017-02-21   今日/總瀏覽：1/7355

2017年1月16號，代謝工程大牛Gregory Stephanopoulos實驗室在NATURE BIOTECHNOLOGY發表改造解脂耶氏酵母（Yarrowialipolytica）提高脂肪酸甲酯產率的文章： Lipid production in Yarrowia lipolytica is maximized byengineering cytosolic redox metabolism。解脂耶氏酵母由葡萄糖為底物合成硬脂酸產生多餘的NADH，經改造將NADH轉化為脂肪酸合成所需NADPH，使得脂肪酸甲酯生產強度達1.2 g/L/h，過程產率達0.27，較此前工程酵母提高25％，接近NREL技術指標（90 g/L,1.3 g/L/h, 0.28 g-fatty acids/g-lignocellulosic sugars）。

解脂耶氏酵母是模式產油酵母，被廣泛改造利用可再生原料生產油脂類燃料和化學品，但僅少數高附加值產品（如ω-3脂肪酸，EPA）得以商業化推廣，而低值生物燃料的推廣很大程度上依賴原料成本的控制，需要提高原料到油脂的總產率和轉化率。

該研究首先通過數學模型評估非脂質生物質產率（YB）、細胞脂質含量（C）和脂質合成途徑產率（YL）3個因素對於脂質過程產率（Y）的影響，發現在低生物量時，細胞含油率是提高得率關鍵；在高含油率時，油脂對葡萄糖的理論得率是關鍵因素。因此文章旨在提高理論得率。根據葡萄糖到硬脂酸合成的平衡式，將多餘NADH轉化成脂肪酸合成所需的NADPH，理論產率將由0.271提高至0.311。

基於此，他們通過4種策略將胞質NADH轉化為NADPH或乙醯輔酶A，以節省底物中電子用於產物合成。首先在背景菌株中過表達乙醯輔酶A羧化酶（ACC）和二醯基甘油醯基轉移酶（DGA）作為出發菌株（AD）。進一步在AD中通過（1）過表達轉氫酶，無效。（2）將NAD依賴的原生甘油醛3磷酸脫氫酶替換為NADP依賴的異源版本獲得ADgapc2，產率由0.184提高至0.229，提高29%。（3）將丙酮酸/草醯乙酸/蘋果酸（POM）循環中過表達NADP依賴的異源蘋果酸酶，產率提高至0.21。（4）表達腸膜明串珠菌的磷酸轉酮酶和克氏梭菌的磷酸乙醯轉移酶引入NOG，生物量和含油率有提高，但得率未有明顯提升。此外，過表達NAD激酶也能提高產物轉化率。組合策略（2）和策略（3）的工程菌ADgm硬脂酸甲酯總產率達到0.28g/g。

最後，通過分批補料控制發酵條件，ADgm合成脂肪酸甲酯濃度達到99g/L，生產強度1.2 g/L/h，過程產率達0.27 g-脂肪酸甲酯/g-葡萄糖，接近NREL給秸稈糖油脂設定的指標。




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