【中國科學報】青島能源所開發出「油脂結構定製化」微藻細胞工廠

2020-11-25 中國科學院

　　日前，中科院青島能源所單細胞中心研究證明，自然界中存在對於二十碳五烯酸（EPA）、亞油酸（LA）等多不飽和脂肪酸（PUFAs）分子具有選擇性的II型二醯甘油醯基轉移酶（DGAT2），並基於此示範了甘油三酯（TAG）之PUFA組成「定製化」的工業微藻細胞工廠。相關研究成果在線發表於《分子植物》。

　　甘油三酯是地球上能量載荷最高、結構最多元的生物大分子之一，因此它們是地球上動物、植物和人體中能量與碳源的存儲載體與通用「貨幣」，也是生物柴油的重要來源。每個TAG分子由1個甘油分子和其上搭載的3個脂肪酸（FA）分子構成，後者的飽和度與碳鏈長度等特徵決定了TAG分子的營養功效、燃油特性與經濟價值。

　　是否能夠「定製化設計」TAG上的這三個FA的組成，來服務於精準健康與特種生物燃料合成呢？

　　微擬球藻是一種能夠將陽光、海水和二氧化碳直接轉化為TAG的工業產油微藻，在世界各地被作為一種燃料細胞工廠和高值餌料藻規模培養。其藻油中同時含有飽和脂肪酸（SFAs）、單不飽和脂肪酸（MUFAs）與PUFAs。如果MUFAs含量高，藻油較適合作為優質液體燃料，服務於能源市場；而如果PUFAs含量高，藻油則更適合作為人體保健品。

　　青島能源所單細胞中心前期在微擬球藻中發現了三個DGAT2，分別對於SFAs、MUFAs和PUFAs這三大類FA具有一定的底物偏好性。但是，PUFAs中涵蓋了數十種不同飽和度和鏈長的FA分子，其化學特性不同、營養功效各異，能否在單種PUFA分子的精度，實現TAG分子的理性設計呢？

　　該中心辛一、申琛等人在微擬球藻中發現了兩個全新的II型DGAT2蛋白元件，它們均在葉綠體上參與了TAG組裝，卻分別對EPA和LA具有特異的底物偏好性，繼而通過在微擬球藻中調節上述DGAT2的轉錄水平，實現了TAG分子上EPA和LA組成的理性控制。

　　工業微藻TAG中EPA和LA組成可控性的證明，為利用合成生物學手段生產自然界不存在或稀有的、具有特殊燃料特性或營養功效的「特種TAG」打開了大門。同時，這種設計TAG分子結構的方法，為基於工業微藻乃至動植物底盤來規模生產「精準燃料」和「精準營養」提供了嶄新思路。

　　相關論文信息：DOI:10.1016/j.molp.2018.12.007

　　（原載於《中國科學報》 2019-01-21 第4版 綜合)

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