我国科学家开发非发酵碳源用于高值香料瓦伦西亚烯的生物合成

酿酒酵母是目前合成生物学领域研究最为广泛的微生物底盘细胞之一，但作为Crabtree阳性菌株，其溢流代谢导致副产物乙醇代谢通量过高而生物质得率较低。非发酵碳源可有效维持细胞线粒体的完整性，从而最大程度限制乙醇的刚性通量，保障萜烯生物合成所需的高能耗和辅因子平衡。

近日，华南理工大学生物科学与工程学院的李爽教授团队在《Green Chemistry》杂志发表题为“Efficient utilization of carbon to produce aromatic valencene in Saccharomyces cerevisiae using mannitol as substrate”的研究论文。该论文首次报道了以酿酒酵母为底盘细胞，非发酵碳源甘露醇为唯一碳源，构建高附加值倍半萜类香料——瓦伦西亚烯的高效细胞工厂，证明了海藻源碳源在酿酒酵母高产萜类化合物中的潜力。

该研究从理论代谢网络基元计算出发，模拟出甘露醇高效生产瓦伦西亚烯的代谢灵活性，理论上证明了该路线的可行性。实验研究进一步表明，相比葡萄糖碳源，以甘露醇为唯一发酵碳源，瓦伦西亚烯的产量和C/C转化率分别提高3和5倍。基因组和转录水平分析揭示，甘露醇碳源为瓦伦西亚烯合成相关基因的转录表达提供了更有利保障。通过合成生物学代谢调控手段，进一步优化前体供应、底物摄取速率及辅因子再生等，在3 L发酵罐实现瓦伦西亚烯产量5.6 g/L。

相比目前瓦伦西亚烯以西柚皮为原料提取的低得率，该研究获得的酿酒酵母细胞工厂产量达到g/L范围，将具有绝对的价格优势，且不受农业耕地、季节等条件限制。该研究也为其他萜类化合物的高效微生物制造开辟了一条新的道路。