多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids, PUFAs）是構(gòu)成細胞膜的重要結(jié)構(gòu)成分，具有重要的生理功能。其中，具有代表性的 -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又不可缺少的重要營養(yǎng)素。EPA被譽為“血管清道夫”，具有調(diào)節(jié)血脂、降低血液粘稠度、預(yù)防血栓形成等生理活性，DHA是大腦和視網(wǎng)膜組織中磷脂的重要組成物質(zhì)，它們對促進人體的健康具有重要的意義。目前人們獲取EPA/DHA產(chǎn)品的主要途徑是通過海洋漁業(yè)資源提?。ɡ玺~油），然而，隨著海洋漁業(yè)資源的日益耗竭、以及海洋環(huán)境的逐年惡化，傳統(tǒng)來源的EPA/DHA產(chǎn)品面臨著資源難以持續(xù)、污染風(fēng)險大和感官品質(zhì)低等問題。因此，研究開發(fā)新的EPA/DHA資源具有巨大的應(yīng)用前景。裂殖壺菌（Aurantiochytrium sp.）是目前工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)PUFAs的代表性物種之一，它具有高生物量、高油脂含量、易培養(yǎng)等特點。2010年，利用裂殖壺菌生產(chǎn)的DHA藻油被我國衛(wèi)生部批準(zhǔn)為新資源食品，其食品安全性已得到廣泛的認證。但是由于裂殖壺菌作為一種非模式真核生物，其遺傳操作體系還不完善，人們對其油脂合成路徑的理解也非常有限，成為進一步通過代謝工程提升和改良其油脂產(chǎn)量和品質(zhì)的主要障礙。
青島能源所代謝物組學(xué)研究組長期以來致力于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(chǎn)量，用于補充現(xiàn)有PUFAs產(chǎn)品的不足。近日，該研究組基于病毒2A肽自剪切的特點，成功開發(fā)了基于2A肽的裂殖壺菌的多基因表達體系，實現(xiàn)了裂殖壺菌的多基因表達（圖1A），并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，使得EPA產(chǎn)量提高5倍。該成果被食品科學(xué)領(lǐng)域的知名期刊Journal of Agriculture and Food Chemistry以內(nèi)封面文章的形式報道（圖1B）。同時，該研究組通過生物信息學(xué)方法首次鑒定到特異性作用于裂殖壺菌PUFA合成途徑的磷酸泛酰巰基乙胺基酰基轉(zhuǎn)移酶（Phosphopantetheinyl transferase，PPTase）。通過生理生化實驗確定該PPTase的功能特性，并將其在裂殖壺菌中進行過表達，使得裂殖壺菌的DHA和PUFA產(chǎn)量分別提高36%和18%（圖2）。相關(guān)成果也已發(fā)表于Biotechnology for Biofuels。
基于2A肽的多基因表達系統(tǒng)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困難，這一成果為裂殖壺菌的遺傳改造提供了新的技術(shù)手段，同時也為其他真菌中多基因共表達提供了范例。作用于裂殖壺菌PUFA合成途徑的PPTase的發(fā)現(xiàn)，加深了人們對裂殖壺菌PUFA合成的理解，為進一步的遺傳改造提供了新的靶點。這些成果展示了裂殖壺菌可以作為PUFA生產(chǎn)的底盤細胞，具有巨大的代謝工程開發(fā)潛力。
以上工作由代謝物組學(xué)研究組完成，崔球研究員和宋曉金副研究員為通訊作者。以上工作得到了國家重點研發(fā)計劃、山東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究項目資助。
圖1. 高產(chǎn)EPA的裂殖壺菌細胞工廠構(gòu)建 A基于2A肽的裂殖壺菌多基因表達體系構(gòu)建；B內(nèi)頁封面圖案
圖2. 發(fā)酵檢測裂殖壺菌中的總油脂（TLs）和DHA產(chǎn)量
原文鏈接：
1. Wang, S., et al., Optimizing eicosapentaenoic acid production by grafting a heterologous polyketide synthase pathway in the Thraustochytrid Aurantiochytrium. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2020. DOI: 10.1021/acs.jafc.0c04299.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.0c04299
2. Wang, S., et al., PUFA-synthase-specific PPTase enhanced the polyunsaturated fatty acids biosynthesis via the polyketide synthase pathway in Aurantiochytrium. Biotechnology for Biofuels. 2020. DOI: 10.1186/s13068-020-01793-x.
https://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-020-01793-x
