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恭喜！IF 12.5 的材料科学一区期刊《Chemical Engineering Journal》已成功发表！

已有 317 次阅读 2026-7-27 15:22 |系统分类:论文交流

文章已发表在SCI期刊 Chemical Engineering Journal（最新SCI期刊分区：材料科学1区Top ，IF 12.5），评论可以沾沾好运~标题为：Reprogramming lipid metabolism and morphology engineering in Yarrowia lipolytica for algae-free, high-titer production of esterified astaxanthin

要点

ScDGAT2-1 能够实现虾青素和凤蝶红素的特异性酯化。
脂质代谢工程促进酯化虾青素的生物合成。
DGA1/PAH1 缺失与脂滴靶向使酯化虾青素产量达到 40.5 mg/L。
酯化虾青素滴度创下历史新高（1137.2 mg/L）。
形态工程（MHY1 缺失）提升了生物反应器性能。

摘要

虾青素是一种强效抗氧化剂，而酯化虾青素具有更高的稳定性和生物利用度，使其更适用于化妆品、营养保健品和水产养殖领域。然而，工业供应目前主要依赖雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）的培养，这需要特定的地理和气候条件。本研究在解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）中开发了首个系统性的代谢工程策略，以实现酯化虾青素的高水平、无藻类参与的生产。

我们鉴定出来源于裂壶藻（Schizochytrium sp.）的二酰基甘油酰基转移酶 ScDGAT2-1 是一种多功能酶，既能酯化虾青素及其中间产物凤蝶红素，同时也支持三酰甘油的合成。为了缓解脂肪酰辅酶A的竞争，通过敲除内源性二酰基甘油酰基转移酶基因 DGA1 和磷脂酸磷酸水解酶基因 PAH1 来限制三酰甘油的合成，其效果优于过表达胞内脂肪酶基因 TGL4 以增强三酰甘油水解的策略，使酯化虾青素占总虾青素的比例提升至 39.6%。

为进一步减少中间产物的积累，我们将 ScDGAT2-1 靶向定位至脂滴，在空间上将虾青素的生物合成与酯化反应解耦，从而使虾青素在总类胡萝卜素中的比例提高至 64%。

此外，删除一个 C2H2 型锌指蛋白 Mhy1p 的编码基因，可降低胞内脂肪酶基因 TGL3 和 TGL4 的表达，并改善发酵性能，在 5 L 生物反应器的高密度培养条件下实现了更高、更稳定的酯化虾青素生产。最终，5 L 补料分批发酵获得了 1137.2 mg/L 的酯化虾青素和 1613.5 mg/L 的总虾青素，这是迄今报道的异源酯化虾青素的最高滴度。

综上所述，这些结果构建了一个可放大的酵母平台，并为酯化虾青素的工业化无藻生产提供了一种可持续的范式。

研究结果（部分）

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图1. 酯化虾青素生物合成途径示意图

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图3. ScDGAT2–1拷贝数和脂质通量调控对虾青素生物合成及脂质积累的影响。

（a）含有1–3个ScDGAT2–1拷贝的菌株中虾青素的产量。EA：酯化虾青素；FA：游离虾青素。

（b）含有1–3个ScDGAT2–1拷贝的菌株中三酰甘油（TAG）含量和细胞干重（DCW）。

（c）菌株YAE4和YAE5的游离与酯化虾青素产量曲线。

（d）酯化虾青素合成相关代谢途径示意图。实线表示直接的酶促反应；虚线代表多步途径。

数据表示为平均值 ± 标准差（n = 3个生物学重复）。

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图5. 通过缺失PAH1并过表达前体生物合成相关酶来优化碳通量，以及MHY1缺失的影响。

（a）菌株YAE12–16的游离与酯化虾青素产量曲线。EA：酯化虾青素；FA：游离虾青素。数据表示为平均值 ± 标准差（n = 3个生物学重复）。

（b）影响酯化虾青素合成的代谢途径示意图。实线表示直接的酶促反应；虚线代表多步途径。PA：磷脂酸。

总结

本研究构建了一系列工程化解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）菌株，用于异源合成酯化虾青素（ASTA）。来源于裂壶藻（Schizochytrium sp.）的二酰基甘油酰基转移酶 ScDGAT2–1 已被证实能够酯化凤蝶红素和 ASTA，但不能酯化玉米黄质，表明其对底物的特异性要求是含有羰基官能团。转化 ScDGAT2–1 的菌株 YAE1 可产生 33.7 mg/L 的酯化 ASTA。然而，进一步增加 ScDGAT2–1 的拷贝数会使碳通量转向三酰甘油（TAG）的合成而非酯化 ASTA，这表现为细胞干重（DCW）增加而酯化 ASTA 产量下降。敲除 DGA1 和 PAH1 则将碳通量重新导向酯化 ASTA，并释放乙酰辅酶 A 用于类胡萝卜素生物合成，使酯化 ASTA 的产量提高至 40.5 mg/L。将 ScDGAT2–1 靶向定位至脂滴可减少中间产物的积累，增强产物分配，并可能缓解反馈抑制。由于 MHY1 敲除增强了某些发酵特性并稳定了酯化 ASTA 的积累，其缺失提高了类胡萝卜素的总合成量，表明形态工程对发酵过程具有有益影响。

总之，本研究是在解脂耶氏酵母中异源合成酯化 ASTA 的首个系统性代谢工程研究。通过重新平衡碳通量和调控关键基因的表达，成功构建了一株有前景的工业菌株。在 5 L 生物反应器发酵中，酯化 ASTA 产量达 1137.2 mg/L，总 ASTA 产量达 1613.5 mg/L，最大生产速率分别为 9.5 mg/L/h（酯化 ASTA）和 13.4 mg/L/h（总 ASTA）。这些结果代表了迄今报道的异源合成酯化 ASTA 的最高产量和生产速率。

作者致谢

本研究得到国家重点研发计划（2023YFA0914403）、上海市合成生物学重点项目（24HC2810800）的资助，并部分受到发酵工程教育部重点实验室开放课题（202409FE04）和上海交通大学概念验证计划（SJTU-PoC计划，SJTU-PoC-2025）的资助。感谢LetPub（www.letpub.com.cn）提供的语言润色和投稿前专家评审服务。