研究人員開發出高產多不飽和脂肪酸的細胞工廠

2020-10-20 瀟湘名醫

語音播報 來自中科院之聲 00:0002:54

多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids，PUFAs）是構成細胞膜的結構成分，具有重要生理功能。其中，具有代表性的ω-3型多不飽和脂肪酸二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），是人體自身不能直接從頭合成而又不可缺少的營養素。EPA被譽為「血管清道夫」，具有調節血脂、降低血液粘稠度、預防血栓形成等生理活性，DHA是大腦和視網膜組織中磷脂的重要組成物質，皆有助於促進人體健康。目前，獲取EPA/DHA產品的主要途徑是海洋漁業資源提取（例如魚油），但這些來源的產品也面臨著資源難以持續、汙染風險大和感官品質低等問題，研究開發新的EPA/DHA資源具有巨大應用前景。

裂殖壺菌（Aurantiochytrium sp.）是目前工業化發酵生產PUFAs的代表性物種之一，具有高生物量、高油脂含量、易培養等特點。但作為一種非模式真核生物，其遺傳操作體系還不完善，對油脂合成路徑的理解也非常有限，是進一步通過代謝工程提升和改良油脂產量和品質的主要障礙。

中國科學院青島生物能源與過程研究所代謝物組學研究組長期致力於裂殖壺菌的遺傳改造、作用機制及代謝工程研究，通過人工改造裂殖壺菌提高其EPA/DHA產量，用於補充現有PUFAs產品的不足。近日，該研究組基於病毒2A肽自剪切的特點，開發出基於2A肽的裂殖壺菌的多基因表達體系，實現裂殖壺菌的多基因表達，並利用該體系將外源的EPA合成基因簇在裂殖壺菌中進行異源表達，使EPA產量提高5倍。相關成果發表在食品科學領域期刊Journal of Agriculture and Food Chemistry上。

同時，該研究組通過生物信息學方法，首次鑑定到特異性作用於裂殖壺菌PUFA合成途徑的磷酸泛醯巰基乙胺基醯基轉移酶（Phosphopantetheinyl transferase，PPTase），並通過生理生化實驗確定該PPTase的功能特性，將其在裂殖壺菌中進行過表達，使裂殖壺菌的DHA和PUFA產量分別提高36%和18%。相關成果發表在Biotechnology for Biofuels上。

基於2A肽的多基因表達系統克服了裂殖壺菌在遺傳操作工具不足難以進行多基因共表達的情況，為裂殖壺菌的遺傳改造提供了新的技術手段，也為其他真菌中多基因共表達提供了範例。作用於裂殖壺菌PUFA合成途徑的PPTase的發現，加深了對裂殖壺菌PUFA合成的理解，為進一步的遺傳改造提供了新靶點。

以上工作由代謝物組學研究組完成，研究員崔球、副研究員宋曉金為通訊作者。研究得到國家重點研發計劃、山東省自然科學基金重大基礎研究項目資助。

圖1.基於2A肽的裂殖壺菌多基因表達體系構建

圖2.發酵檢測裂殖壺菌中的總油脂（TLs）和DHA產量

來源：中國科學院青島生物能源與過程研究所

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【來源：中科院之聲】

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