工程化解脂耶氏酵母的转运体与通路协同调控提升赤藓糖醇合成关键性能指标的研究

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《Applied and Environmental Microbiology》：Synergistic effect of transporter and pathway engineering on the key performance indicators of erythritol synthesis by the yeast Yarrowia lipolytica

【字体：大中小】 时间：2025年03月27日 来源：Applied and Environmental Microbiology 3.9

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　　本研究通过协同应用转运体工程和通路工程策略，显著提升了解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）合成赤藓糖醇（ERY）的关键性能指标（KPI）。工程菌株Ylxs48在200L生物反应器中实现355.81 g/L的最高赤藓糖醇滴度（P_ERY），生产效率（Q_ERY）达4.62 g/(L·h)，较原始菌株提升91%。该技术使赤藓糖醇结晶可直接从发酵上清液进行，降低23%生产成本，为工业菌株改造提供了新思路。

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ABSTRACT
赤藓糖醇作为天然甜味剂在食品工业中需求激增，但现有生产技术存在成本高、效率低等问题。本研究以解脂耶氏酵母CGMCC7326为出发菌株，通过多维度工程改造实现了赤藓糖醇合成效率的突破性提升。

IMPORTANCE
面对赤藓糖醇行业产能过剩与技术同质化困境，本研究通过创新性的协同工程策略开发出具有核心竞争力的生产菌株。

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MATERIALS AND METHODS
采用Cre-loxp系统对底盘细胞进行系统改造：敲除甘露醇脱氢酶（MDH2）和赤藓糖醇脱氢酶（EYD1）阻断副产物途径；在基因组特定位点（intA-intF）整合葡萄糖转运体（YHT1/3/4/5）、磷酸戊糖途径（PPP）关键酶（TKL1/TAL1）等28个靶基因。通过qPCR验证基因表达水平，在3-200L生物反应器中评估发酵性能。

RESULTS AND DISCUSSION
单基因筛选发现：过表达转酮酶（TKL1）使P_ERY和Q_ERY分别提升5%和8%；葡萄糖转运体YHT3过表达使Q_ERY显著提高20%。多基因叠加产生协同效应：工程菌Ylxs48（含15个过表达基因）在批次培养中，46小时消耗310 g/L葡萄糖，P_ERY达218.33 g/L，Y_ERY为0.70 g/g，较原始菌株缩短发酵时间36小时。

机制分析显示：YHT3表达量提升9倍，TKL1上调5倍，形成"葡萄糖快速摄入-碳流重分配-赤藓糖醇高效合成"的代谢网络。补料发酵中，三次补糖使P_ERY提升至324.53 g/L，发酵液可直接4℃结晶获得纯度>99.95%的产品。

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规模化验证表明：200L反应器中Q_ERY稳定在4.62 g/(L·h)，创报道最高水平。技术经济分析显示生产成本降低23%，解决了传统工艺能耗高的问题。

本研究创新性地将转运体工程与代谢通路改造相结合，不仅建立了赤藓糖醇高效生物合成新范式，其"底物转运-碳流调控-产物输出"的系统改造策略对其它工业微生物改造具有重要借鉴意义。

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