解锁链长延伸：在Starmerella bombicola中拓展长链二元酸生物合成谱系

《Bioresource Technology》：Unlocking chain length elongation to expand the long-chain dicarboxylic acid repertoire in Starmerella bombicola

本文综述了在非致病性产油酵母Starmerella bombicola中通过代谢工程策略（包括筛选高活性Cyp52酶、引入脂肪酸延伸酶（elongase）及强化ω-氧化通路）成功将超长链二元酸（VLCDA，≥C20）产量从0.3 g/L提升至2.3 g/L，为绿色聚合物工业提供了可持续的生物基原料供应途径。

　　

Highlight

Identification of highly active Cyp52 enzymes for VLCFA hydroxylation

通过ω-氧化途径从脂肪酸到长链二元酸（LCDA）的三个氧化步骤对于实现LCDA的高产至关重要。在ω-氧化过程中，被氧化产物的链长保持不变（图1A；Bauwelinck等人，2021）。此外，在Starmerella bombicola中，仅有三种内源的Cyp52家族酶（例如Cyp52M1、Cyp52E3、Cyp52N1）被研究过。然而，这三种Cyp52家族酶对超长链脂肪酸（VLCFA，≥C₂₀）的羟基化活性尚未明确。本研究筛选并鉴定出一种对VLCFA具有强羟基化活性的内源Cyp52酶，为后续工程化改造奠定了基础。

Future perspectives

这项研究中的代谢工程方法首次清晰地证明，利用工业相关酵母S. bombicola大量生产VLCDA是可行的。然而，在降低LCDA混合物中C₁₆-C₁₈ LCDA含量和提高VLCDA滴度方面仍有提升空间。在这方面，优化整个ω-氧化过程可以显著提高VLCDA产量。事实上，过表达编码脂肪醇氧化酶（fatty alcohol oxidase）的FAO1基因，以及优化后续的醛脱氢酶步骤，可能有助于更有效地将VLCFA前体转化为目标VLCDA。此外，通过蛋白质工程进一步调整所选Cyp52酶的底物选择性，使其更偏向于更长的链长，也可能有助于富集最终产品中的VLCDA。未来的工作还将探索将碳源从菜籽油（主要提供C₁₆-C₁₈脂肪酸）转向含有更长长链或超长链脂肪酸的替代油脂，这可能为VLCDA生物合成提供更直接的前体。

Conclusion

总之，这项工作是关于生物基生产VLCDA（≥C₂₀）的首篇报告。结合了活性VLCFA羟基化、链长导向的细胞内脂肪酸池改造以及维持高水平细胞内脂肪酸的综合代谢工程策略，对于实现VLCDA的高产（达到2.3 g/L，而先前开发的ΔPOX1ΔUGTA1ΔFAA1菌株仅为0.3 g/L）至关重要。因此，新开发的S. bombicola菌株及其工程化策略为生产多种可再生、生物基的超长链建筑模块开辟了新途径，有望满足聚合物制造业对特种单体的需求。