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疟疾肆虐，青蒿素需求大增，但其传统提取面临诸多难题。研究人员以马克斯克鲁维酵母（K. marxianus）为对象，优化其生产青蒿素前体 amorpha-4,11-diene（AD）的能力。最终构建的工程菌株 AD 产量达 66.78 mg/L，为相关研究和生产奠定基础。
疟疾，这一古老而又致命的疾病，在非洲地区的肆虐程度令人揪心。每年，都有近百万人因它失去生命，而青蒿素类复方疗法（ACTs），是目前对抗恶性疟疾最有效的 “武器”。然而，获取青蒿素的过程却困难重重。野生青蒿资源有限，青蒿素在青蒿中的含量极低，仅 0.01 - 0.6%，并且传统的提取方式不仅耗费大量资源，还对生态环境造成破坏，导致青蒿素生产成本居高不下，难以满足全球尤其是经济欠发达地区的需求。于是，寻找一种可持续的青蒿素生产方式迫在眉睫。
在这样的背景下，国内研究人员开展了一项意义重大的研究。他们将目光聚焦于马克斯克鲁维酵母（Kluyveromyces marxianus），这种酵母因具备强大的耐热性、快速生长的特性以及利用多种碳源的能力，成为微生物细胞工厂的潜力 “选手”。研究人员希望借助先进的基因工程策略，优化马克斯克鲁维酵母内的异戊二烯生物合成途径，从而高效生产青蒿素的前体 ——amorpha-4,11-diene（AD）。
研究人员在研究过程中采用了多种关键技术方法。他们运用 CRISPR/Cas9 基因组编辑系统对酵母基因组进行精准编辑，同时过表达RAD52基因，增强 DNA 修复和同源重组效率。此外，通过过表达内源甲羟戊酸（MVA）途径中的八个关键基因，提高前体代谢物的供应。还采用了染色体外和染色体整合共表达 amorpha-4,11-diene 合酶（ADS）的策略。
下面来详细看看研究结果：
- 优化遗传修饰工具：研究人员筛选出适合马克斯克鲁维酵母 NBRC 104275 的遗传修饰工具，包括抗性标记、表达载体、启动子和转化方案，为后续研究奠定基础。
- 评估倍半萜生物合成能力：初步实验表明，NBRC 104275 菌株相较于 CBS 6556 菌株，在 AD 生产和生长速率上表现更优，具备良好的发酵性能。
- 增强前体代谢物供应：过表达 MVA 途径的八个关键基因后，为 AD 的合成提供了更充足的前体物质，促进了 AD 的合成。
- 优化发酵条件提高 AD 产量：通过双共表达策略并结合高温发酵优化，构建出的工程菌株 AD 产量达到 66.78 mg/L，相比野生型菌株提升了 113 倍。
研究结论和讨论部分意义非凡。该研究首次成功构建出能够稳定、高效且低成本生产 AD 的马克斯克鲁维酵母工程菌株。这一成果不仅为青蒿素的半合成提供了稳定的前体来源，降低了青蒿素的生产成本，还为其他萜类化合物的生产和研究提供了有力的底盘菌株和宝贵的参考。它为深入探索马克斯克鲁维酵母的特性以及 AD 的生物合成机制开辟了新道路，也为微生物细胞工厂在工业生物合成领域的应用注入了新活力，有望推动相关产业的发展，缓解青蒿素供应紧张的局面，为全球抗击疟疾事业带来新的曙光。
