酵母：研究中的多功能全能工具——ISSY38会议前沿研究解读 中文标题 酵母作为多功能生物工具的研究进展与应用前沿：来自ISSY38国际会议的深度报道

本期推荐研究人员针对酵母在基础生物学和工业应用中多功能性的系统研究。通过基因组学、蛋白质组学和合成生物学技术，揭示了酵母在基因表达调控、代谢工程及生物制造中的新机制，开发了高产菌株构建和C1底物利用等创新策略，为可持续生物经济提供了重要解决方案。

　　

在生命科学和工业生物技术领域，酵母长期以来作为模式生物发挥着不可替代的作用。从基础的真核细胞生物学机制研究到工业规模的生物制造过程，酵母系统展现了惊人的多功能性和适应性。然而，随着研究需求的不断深入和多样化，科学家们面临着如何进一步挖掘酵母生物学潜力、解决实际应用中的瓶颈问题等挑战。正是在这样的背景下，2025年9月1-5日在波兰华沙举行的第38届国际酵母专题研讨会（ISSY38）汇集了全球近200名酵母研究者，深入探讨了酵母作为"全能工具"在多领域应用中的最新进展。

本次会议在《FEMS Yeast Research》特刊中发表的一系列研究成果，系统展示了酵母研究从基础到应用的最新成果。研究人员通过整合基因组学、蛋白质组学、细胞生物学和合成生物学等多学科方法，针对酵母在基因表达调控、代谢工程、生物传感和工业生物技术等领域的应用进行了深入探索。

关键技术方法包括：①高通量酵母菌株表型分析系统，用于遗传扰动对亚细胞区室和蛋白质组动力学影响的分析；②单细胞分辨率图像处理技术，应用于自噬谱、衰老和蛋白质折叠研究；③机器学习系统处理单细胞图像库，描绘自噬影响基因的全基因组调控网络；④G蛋白偶联受体（GPCR）生物传感器开发，用于生物活性化合物库的高通量筛选；⑤组学数据驱动的"下一代代谢工程"方法，通过种间和种内组学数据分析阐明最佳工程策略。

基因组稳态、结构和动力学

研究人员揭示了酵母基因组应对应激的新机制。Judith Berman展示了通过产生非整倍性（aneuploidy）的基因组水平应激响应，Petar Tomev Mitrikeski探讨了基因工程中使用不同重组途径的实际后果。Matthias Sipiczki讨论了种间酵母杂种中线粒体基因组间非典型重组事件的机制、频率和结果。对非常规酵母基因组（如Diutina catenulata、Torulaspora globosa和Mrakia spp.）的结构和可塑性研究，为它们的生物技术潜力和基因组进化机制提供了有用线索。

利用酵母解读真核细胞分子机制

会议讨论了转录和翻译调控以及蛋白质组稳态的不同方面。Joanna Kufel利用Ribo-seq数据集集合鉴定了非典型翻译事件，包括有义密码子处的提前翻译终止、"无终止密码子"翻译终止特征，以及核糖体相关蛋白质质量控制（Ribosome-associated Protein Quality Control）在这些现象中的参与。研究表明核糖体是高度动态、受严格调控的机器，其组成可能响应外部/内部刺激而变化，tRNA衍生片段可能修饰其操作。Malgorzata Adamczyk展示了非编码RNA合成驱动翻译前基因表达调控的分子机制及Dhh1蛋白在这一过程中的关键作用。

蛋白质组稳态

Mark Hochstrasser深入研究了特定的蛋白质降解途径——泛素-蛋白酶体系统（UPS），讨论了UPS组装和拆卸的细节，以及这些机制如何被病原细菌劫持。Andriy Sibirny展示了选择性自噬的研究结果，表明所研究机制中的"选择性"不仅与待降解蛋白质的细胞定位有关，还与诱导清除的外部刺激有关。

酵母筛选技术

会议专门安排了两个环节讨论"酵母筛选"技术，展示了管理大量菌株库的创新解决方案。研究趋势正朝着并行化、菌株库和"表型组学"（表型中的"组学"方法）方向发展。Brenda Andrews展示了其团队合作开发的高通量酵母菌株表型分析系统的另一个实现，将自动化库筛选转化为分析遗传扰动对酵母亚细胞区室和蛋白质组动力学影响的实验-计算流程。

酵母生物传感器

Emil Damgaard Jensen报道了利用G蛋白偶联受体（GPCR）构建生物传感器用于生物活性化合物库的高通量筛选。Sonja Billerbeck研究了真菌肽-GPCRs在其功能化方面的应用，用于合成细胞-细胞通信、生物传感和检测真菌病原体。Florian Bauer强调了通过化学物质的通信并不能穷尽所有形式的细胞间相互作用，证明单细胞生物之间的物理接触确实触发转录和代谢重排，并塑造多物种生态系统特异性适应。

缓冲基因概念

Kevin Verstrepen在大会报告中向听众介绍了作为"遗传减震器"的"缓冲基因"概念。基于在基因敲除集合中进行的全基因组诱变，结合测序和机器人化的高通量筛选系统，确定了负责抑制由突变引发的变异的不同基因。实验证明和讨论表明，这种缓冲基因的"幕后"行动可以有助于减少故意引入的遗传突变的影响。

酵母在代谢工程和生物制造中的应用

Xin-Qing Zhao展示了专注于代谢、代谢组学和酵母研究应用方面的一系列成果，重点是通过实施创新代谢工程利用可持续底物生产生物燃料和生物化学品。研究表明，通过探索模型实验室物种和菌株以外的酵母生物多样性，可能找到解决不同限制的答案。对来自天然和工业菌株的组学数据的深度挖掘表明，代谢工程策略的指导已经编码在自然进化的基因组中。

非传统酵母物种的应用

研究表明野生型Scheffersomyces stipitis在将PET塑料升级回收为乙醇酸方面比用工程化S. cerevisiae的优化过程好几倍。相应地，研究人员提倡将非常规酵母物种Candida famata和Ogataea polymorpha作为特定木质纤维素基过程的首选酵母。多项研究展示了几种酵母物种（天然和工程化的S. cerevisiae、S. stipitis、Kluyveromyces marxianus、O. polymorpha）在基于纤维素的乙醇生产中的适用性。

C1同化技术

会议的几个成果强调了当前酵母研究中的"热点话题"，即C1同化用于"前所未有的可持续"生物化合物生产。广泛讨论了利用CO₂、CO₂衍生的甲醇、甲酸或赤藓酮糖作为主要底物的途径。Diethard Mattanovich和Pau Ferrer报告了在Komagataella phaffi中基于CO₂/C1的有机酸生产的进展和限制。

类胡萝卜素生产

在ISSY38上讨论的顶级酵母基产品中，第一位无疑属于类胡萝卜素、其前体和衍生物。概念、初步研究或成熟技术在不同环节、海报和报告中呈现，涵盖了不同的酵母物种，包括非常奇特的Cystofilobasidium ferigula、Vishniacozyma victoriae，或在这方面较为成熟的Rhodosporidium toruloides和Yarrowia lipolytica。

琥珀酸生产

在顶级酵母生物产品排名中，第二位属于琥珀酸（SA）。增加酵母中SA滴度的策略之一是由Andreea Perpelea（Nevoigt实验室）提出的输出系统工程。同样，细胞内代谢通量的广泛工程以及输出机制是选择性生产衣康酸的关键重点。

解脂耶氏酵母的应用

在ISSY38期间，Y. lipolytica是仅次于S. cerevisiae的第二常被提及的酵母。虽然它仍被称为"非常规"酵母，但其各种应用的数量惊人。Several presentations provided updates on the progress in lipid and derivatives synthesis/utilization and related subjects。Kevin Verstrepen团队报告了他们的新Y. lipolytica with loxP-Cre system integrated for improved in-site targeted integration。

酵母在食品和饮料生产中的应用

与会者了解到关于 populate 各种食品生产生态位的酵母物种变异性研究的新颖性。Gianni Liti, Duccio Cavalieri, 和 Feng-Yan Bai 提供了通过对数千个菌株和物种进行高通量测序揭示的酵母生态和进化的全球视角。Paula Jouhten展示了实施代谢模型 coupled with an inventive adaptive laboratory evolution protocol如何使没有适应性优势的所需代谢表型进化。

研究结论表明，酵母作为模式生物和工业细胞工厂继续展现出巨大的创新潜力。从基础生物学机制的新发现到工业应用的突破性进展，酵母系统研究正在推动多个领域的发展。基因组稳定性机制、核糖体动态调控、蛋白质降解途径和非传统酵母物种的开发利用等方面的研究，为理解真核细胞生物学和开发可持续生物制造过程提供了重要见解。

特别值得关注的是，酵母研究正朝着更加系统化和工程化的方向发展。高通量筛选技术、机器学习辅助的数据分析和合成生物学方法的整合，使得研究人员能够更深入地探索酵母生物学复杂性，并设计更加高效的细胞工厂。C1同化技术的开发和非传统酵母物种的利用，为应对气候变化和实现碳中和目标提供了有前景的生物技术解决方案。

讨论部分强调，尽管取得了显著进展，酵母研究仍然面临许多挑战和机遇。如何进一步理解和利用酵母生物的多样性，如何将基础研究发现转化为实际工业应用，以及如何应对规模化生产中的工程和经济挑战，都是未来研究的重要方向。国际酵母研究社区的持续合作和知识共享，将继续推动这一领域向前发展，为科学发现和技术创新做出贡献。

正如会议结论所指出的，酵母研究正在进入一个新时代，其中"生物启发工程和工程启用生物学"将共同推动领域发展。从Sc2.0合成酵母基因组项目到基因组尺度代谢模型的预测能力改进，酵母系统继续为生命科学和生物技术提供独特的见解和机会。随着下一届ISSY39会议将于2026年在首尔举行，酵母研究社区将继续"发酵未来"，从面包到突破，不断拓展酵母科学的前沿。