脂肪醇与三萜高产解脂耶氏酵母的构建与优化

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协调异源生产与胞内相关代谢是构建高效人工细胞合成体系的关键因素。本文以解脂耶氏酵母中构建高产脂肪醇与三萜合成体系为目标,旨在突破关键瓶颈:如何在主干代谢优化的基础上协调非直接路径增强脂质与萜烯的合成。针对脂肪醇的合成,本文开发了一种将脂肪醇合成与糖酵解途径协同表达的策略,产生代谢流“拉-推”的效果,实现了脂肪醇产量的大幅提升。转录分析结果表明,脂肪醇高产菌株中糖酵解相关基因表达显著上调。在此基础上,11个糖酵解启动子被筛选用来协调脂酰辅酶A还原酶(FAR)的表达,从而使脂肪醇合成与糖酵解途径相协同,并发现当利用PFBAin启动子表达FAR时,脂肪醇的产量可达557 mg/L。转录组与实时定量PCR分析表明,协同糖酵解生产脂肪醇实现了代谢“拉-推”效果,从而动态的提高了整体脂肪醇合成代谢通量。加倍碳源浓度实验进一步证实并增强了这一效应。在经过脂质代谢基因与转录因子改造后,最终菌株JLFL-46在改良型发酵培养基(含葡萄糖91 g/L)中脂肪醇摇瓶产量达到5.75 g/L,是已报道的最高水平。针对三萜的合成,本文通过脂质代谢靶点扰动策略,提高了细胞脂质不饱和度,从而有助于两相发酵过程对萜烯合成的萃取拉动,并间接增加了上游甲羟戊酸(MVA)途径的供给,实现了羽扇豆醇产量的大幅提升。本文发现相比单纯提高MVA途径关键基因(HMG1、ERG1、ERG9)表达,组合扰动脂质代谢(过表达OLE1并敲除PAH1与DGK1)对羽扇豆醇生产提高更加显著(产量从28.99 mg/L提高至137.5 mg/L,增幅374%)。通过将这两种策略结合,最终菌株JLLU-32在改良型发酵培养基(含葡萄糖45.5 g/L与丙酮酸6 g/L)中的摇瓶发酵产量达到411.7 mg/L,相比初始产量提高32.2倍。代谢与转录分析表明,脂质代谢扰动提高了细胞脂质不饱和度,促进了两相发酵对萜烯合成的萃取拉动,并活化了固醇代谢,协同拉动了MVA途径对三萜合成的供给。同时,扰动脂质代谢也被应用于其他萜烯的合成,导致α-香树脂醇的产量增加1.76倍,β-香树脂醇增加8.83倍,长叶烯类倍半萜增加5.86倍。综上,本文分别研究了协调非直接路径对脂肪醇与三萜合成的增强效果。这项研究为脂类化学品与萜烯化学品的生物合成提供了一个高效的调控新策略。
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