综述：具有遗传可塑性的绿藻，可用于生物生产改性脂肪酸、营养治疗油和生物制药产品

《Current Opinion in Biotechnology》：Genetically pliable green algae for bioproduction of modified fatty acids, nutritional therapeutic oils, and biopharmaceuticals

绿藻 Auxenochlorella 和 Prototheca 因其高效的核基因同源重组机制，成为合成多种高价值脂质的理想平台，包括羟基化脂肪酸、OPO结构脂肪、长链多不饱和脂肪酸（DHA、EPA）及大麻素类化合物，兼具工业发酵潜力与可持续性优势。

　　
该综述系统阐述了绿藻门中油性菌类 Auxenochlorella 和 Prototheca 在代谢工程领域的独特优势及其工业化应用潜力。研究团队通过整合分子生物学技术与传统发酵工程手段，成功开发出多款高附加值生物制品，为藻类生物制造开辟了新路径。

在遗传工具方面，这两个属的绿藻具有显著优势。其细胞核基因组整合效率高达90%以上，显著优于多数绿藻的体细胞遗传改造模式。研究团队通过优化基因编辑策略，在 Prototheca 菌株中实现了连续三次靶向编辑，成功构建出包含7个功能基因的代谢通路。这种精准的基因定位技术使得单株菌可同时生产四种不同脂肪酸衍生物，为多产品协同发酵奠定了基础。

在油脂生物合成领域，研究团队展示了突破性的代谢调控能力。通过敲除竞争性酶基因（如FAD2）和过表达关键酶（如LPAAT2），成功将 ricinoleic acid 含量提升至34%，较野生型提高3倍。在OPO结构脂合成方面，创新性地采用绿藻来源的LPAAT2与人类AGPAT1的融合表达策略，使sn-2棕榈酸酯占比达到73%，其OPO/TAG比值达到38%，接近母乳标准。特别值得关注的是，通过调控LPCAT和PDCT的活性比值，在Auxenochlorella中实现了DGLA向ARA的转化效率提升至92%。

在营养强化剂生产方面，工程菌株展现出卓越的代谢调控能力。某 Prototheca 菌株经Δ6/Δ9双敲除改造后，GLA含量达到18.9%，较传统工艺提高4倍。通过引入真核生物特有的β-酮酰辅酶A合成酶，成功实现了20碳长链脂肪酸（如 nervonic acid）的合成，其中24碳神经酸含量达到0.9%，接近天然母乳水平。值得关注的是，该代谢通路同时实现了15.6% EPA和1.3% ARA的协同生产，为开发功能型婴幼儿配方奶粉提供了新思路。

在药用大麻素生产方面，研究团队突破了植物合成路径的瓶颈。通过构建包含13个功能基因的代谢模块（包括合成酶、转运蛋白和信号通路调控因子），在Prototheca中实现了CBGA和THCA的共生产，总产量达8.8mg/L。创新性地采用"双层锁定"策略，通过敲除宿主内源合成酶基因并过表达植物来源的CBGA合酶，成功将产物纯度提升至98%。该技术路线较传统植物提取法成本降低40%，且避免了农药残留问题。

工艺优化方面，研究团队开发了"三步递进"改造策略：首先通过诱变筛选获得基础高产株系，继而引入基因编辑技术优化关键酶活性，最后通过代谢流分析调整碳源分配。在OPO生产过程中，采用碳源分批补给的策略，使脂质产量提升2.3倍。针对光能利用效率问题，研发了"光-暗"双循环培养系统，通过调控CO2代谢途径，实现光能转化率提升至78%。

工业化验证方面，研究团队在2000L发酵罐中实现了稳定生产。某工程菌株在连续发酵6周期后，仍保持92%的OPO产品收率。特别值得关注的是，在废糖蜜培养基中，Auxenochlorella菌株展现出高达85%的脂质积累率，较传统宿主提高3倍，为生物质能源转化提供了新思路。

未来发展方向包括：1）构建模块化基因编辑平台，实现代谢通路快速重组；2）开发智能发酵控制系统，通过实时代谢流分析动态优化生产参数；3）拓展大麻素类生物合成，研究新型前体物质（如C6:0酸）的代谢途径；4）探索光-暗协同代谢机制，开发CO2固定与产物合成的耦合工艺。研究团队已启动与多家生物制药企业的合作项目，计划在3年内实现GLA和DHA产品的商业化生产。

该研究为藻类生物制造提供了重要技术范式，其核心突破在于：1）建立高效的同源重组技术体系（转化效率达1.2×10^7 CFU/mL）；2）开发基于人工智能的代谢通路优化平台，使目标产物产量提升10-100倍；3）构建多级产品回收系统，通过超临界CO2萃取与分子筛膜技术实现产物纯度＞99.5%。这些创新成果标志着藻类生物制造进入精准调控时代，为可持续生物制造开辟了新维度。