碳甲醇作為碳源生產(chǎn)飼用蛋白原料，具有成本低、質(zhì)量穩(wěn)定可控等優(yōu)點(diǎn)。一碳來(lái)源的單細(xì)胞蛋白被認(rèn)為是食品和飼用蛋白質(zhì)替代品。甲醇有毒性且代謝路徑復(fù)雜，而碳損失往往超過(guò)原料整體利用率的20%。無(wú)法實(shí)現(xiàn)甲醇代謝流高效定向轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，是制約甲醇蛋白合成經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)瓶頸。
近日，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員吳信帶領(lǐng)的營(yíng)養(yǎng)資源合成生物學(xué)團(tuán)隊(duì)，在低值一碳原料生物合成單細(xì)胞蛋白方面取得了新突破。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)組學(xué)解析畢赤酵母的甲醇代謝途徑及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，發(fā)掘了在甲醇脅迫條件下酵母細(xì)胞壁合成響應(yīng)元件PAS_chr4_0305（被定為解鎖細(xì)胞壁感應(yīng)器的人工靶標(biāo)）。研究發(fā)現(xiàn)，在敲除PAS_chr4_0305后，細(xì)胞內(nèi)海藻糖大量積累，表明細(xì)胞壁感應(yīng)器被激活。進(jìn)一步，科研人員探討了畢赤酵母在激活細(xì)胞壁感應(yīng)器后觸發(fā)的調(diào)控機(jī)制，借助組學(xué)數(shù)據(jù)檢測(cè)到基因組層面的信號(hào)擾動(dòng)相繼通過(guò)HOG和CWI途徑傳導(dǎo)，引發(fā)畢赤酵母細(xì)胞壁重塑機(jī)制。進(jìn)而，畢赤酵母底盤(pán)在“內(nèi)驅(qū)力”作用下的代謝流重編程，增強(qiáng)工業(yè)菌株對(duì)甲醇耐受度和代謝效率，提升甲醇-蛋白代謝流的定向轉(zhuǎn)化，提高碳氮協(xié)同轉(zhuǎn)化效率并減少碳損失。該研究實(shí)現(xiàn)了畢赤酵母菌體干重和粗蛋白含量分別達(dá)到120 g/L和67.2%，甲醇-蛋白轉(zhuǎn)化效率達(dá)到0.46 g DCW/g，達(dá)到理論值的92%，同時(shí)，創(chuàng)制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、甲醇微生物蛋白高效合成的工業(yè)菌株。該研究將為解析畢赤酵母碳氮源高效利用與甲醇-蛋白質(zhì)定向合成的調(diào)控機(jī)制提供了新策略，為突破甲醇蛋白生物制造經(jīng)濟(jì)閾值奠定了基礎(chǔ)。
近期，相關(guān)研究成果發(fā)表在《生物燃料與生物產(chǎn)品技術(shù)》（Biotechnology for biofuels and bioproducts）上，并獲得授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng)。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)的支持。
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2023年11月29日
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院
