傳統(tǒng)微生物生產菌體蛋白存在低值原料的轉化效率和速率低、蛋白質合成能力不足等問題。巴斯德畢赤酵母由于具有天然的甲醇同化能力被認為是生產甲醇單細胞蛋白（SCP）的理想宿主，但是其復雜的甲醇代謝途徑和細胞內累積的甲醛生物毒性導致天然巴斯德畢赤酵母甲醇利用率低，不利于SCP的高效合成。此外，在實際生產中巴斯德畢赤酵母的發(fā)酵溫度通常高于其最適生長溫度（28-30°C），對較高溫度的不耐受會導致工業(yè)生產過程中底物的轉化效率下降并增加冷卻成本。因此，構建能夠耐高溫的高效利用甲醇、高產蛋白質的巴斯德畢赤酵母菌株，是實現以甲醇為原料經濟性生產SCP的關鍵。
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近日，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所研究員吳信帶領的營養(yǎng)資源合成生物學研究團隊，在低值-碳原料生物合成菌體蛋白中取得新進展。該研究以野生型X-33畢赤酵母菌株為出發(fā)菌株，利用適應性實驗室進化獲得了一株甲醇利用率高、耐高溫的巴斯德畢赤酵母菌株HTX-33。轉錄組學和表型分析顯示進化菌株HTX-33的同化途徑和異化途徑的通量均減少，酵母細胞達到新的代謝平衡，實現代謝途徑中碳損的減少。進一步的研究發(fā)現，有效的細胞壁重塑是保護巴斯德畢赤酵母細胞在進化過程中免受高溫脅迫的必要條件。代謝工程通過強化氮代謝途徑關鍵基因和削弱細胞壁合成來提高進化菌株HTX-33的蛋白質含量，最終在33°C條件下的中試規(guī)模補料分批培養(yǎng)中，實現了以甲醇為唯一碳源高水平生產SCP，即改造菌株在33°C的中試流加培養(yǎng)條件下，最大生物量達到63.37 g DCW/L，甲醇轉化率為0.43 g DCW/g，蛋白質含量為50.6%，氨基酸含量為41.78%。與大豆、魚類、肉類、全脂牛奶等傳統(tǒng)食品相比，從巴斯德畢赤酵母中獲得的SCP含有更高的蛋白質含量。
該研究闡明了巴斯德畢赤酵母高效利用甲醇、耐高溫和高蛋白質合成的機理，為以甲醇為唯一碳源提供了一個經濟的巴斯德畢赤酵母細胞工廠生產SCP。該技術已在企業(yè)實現了萬噸級工業(yè)化示范。
相關研究成果發(fā)表在《微生物細胞工廠》（Microbial Cell Factories）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、天津市合成生物技術創(chuàng)新能力提升行動和中國博士后科學基金的支持。
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2023年10月16日
來源：天津工業(yè)生物技術研究所
