探秘产油酵母：葡萄糖与丙酸如何塑造奇数链脂肪酸 “蓝图”

研究人员为优化奇数链脂肪酸（OCFAs）生产，筛选 19 种酵母，发现不同酵母产 OCFAs 能力差异大，为其生产提供新方向。

　　在生命的微观世界里，有一种神秘的物质 —— 奇数链脂肪酸（Odd Chain Fatty Acids，OCFAs），正逐渐走进人们的视野。它可不是普通的 “小角色”，在医学和营养学领域有着大作用。像十五烷酸（C₁₅:0）和十七烷酸（C₁₇:0），与人体健康紧密相连，饮食中缺乏它们，肥胖、慢性炎症、心血管疾病、2 型糖尿病甚至某些癌症的患病风险都会增加。而且，OCFAs 还是合成大脑中重要信号传导和细胞黏附分子的 “原材料”，顺 - 9 - 十七碳烯酸（C₁₇:1）还能治疗牛皮癣和过敏等疾病。不仅如此，在农药、香料、化妆品、涂料和生物燃料制造方面，OCFAs 也是关键 “选手”。

然而，目前获取 OCFAs 的方法却有些 “不给力”。从植物材料中提取，成本高、效率低；化学合成不仅花费大，还不环保。于是，科学家们把目光投向了微生物发酵，尤其是产油酵母，它们能积累大量脂质，理论上是生产 OCFAs 的 “潜力股”。但以往研究多集中在少数酵母上，且很多酵母的 OCFAs 生产能力还不清楚。为了挖掘更多产油酵母的潜力，优化 OCFAs 生产过程，查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology）的 Veronica Bonzanini 等人开展了一项研究，相关成果发表在《BMC Microbiology》上。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先是微生物培养技术，从不同菌种保藏中心获取 19 种酵母菌株，经活化后，在不同培养基中培养。利用高效液相色谱（HPLC）测定葡萄糖或丙酸（Propionic Acid，PA）的残留底物浓度；采用气相色谱 - 质谱联用（GC/MS）技术对脂肪酸进行提取、衍生化及定性定量分析，以此全面探究酵母的生长和脂肪酸生产情况。

研究结果如下：

• 酵母菌株筛选：依据文献和特定标准，挑选出 19 种酵母菌株，包括已知能产 OCFAs 的、能利用 PA 产 OCFAs 的以及未测试过相关能力的产油酵母，为后续研究奠定基础。
• 葡萄糖培养基中的生长与脂肪酸生产：在葡萄糖为碳源、不同氮碳比（C/N）培养基中培养酵母，发现 C/N 比显著影响酵母生长特性，且不同酵母表现各异。脂肪酸分析显示，葡萄糖培养条件下，偶数链脂肪酸（Even Chain Fatty Acids，ECFAs）占主导，OCFAs 产量很低，仅占总脂肪酸的 0.5 - 5%。不过，不同酵母的脂肪酸谱存在差异，部分酵母还能产生超长链脂肪酸（Very Long Chain Fatty Acids，VLCFAs）。
• 丙酸培养基中的生长与脂肪酸生产：研究人员测试 19 种酵母在不同浓度 PA 培养基中的生长能力，发现仅 8 种酵母能在较高浓度 PA（24g/L）下生长。在 PA 为碳源的培养基中，酵母脂肪酸谱富含 OCFAs，占总脂肪酸的 37 - 89%，但不同酵母的 OCFAs 比例、产量及对 PA 的利用效率差别明显。
• 葡萄糖和丙酸培养基中脂肪酸谱的比较：对比两种培养基，PA 培养基中酵母脂肪酸谱更丰富多样。不同酵母在两种培养基中的脂肪酸生产能力和偏好不同，部分酵母在 PA 培养基中生长更好，如 C_{utaneotrichosporon cutaneum} ；而 R_{hodotorula toruloides} 、C_{utaneotrichosporon oleaginosus} 和 Y_{arrowia lipolytica} 等在两种碳源下都展现出较强的产油能力。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 19 种酵母在生产 OCFAs 方面的巨大差异。C_{utaneotrichosporon oleaginosus} 在 OCFAs 产量和产率上表现出色；Y_{arrowia lipolytica} 对高浓度 PA 耐受性强，生长优势明显；R_{hodotorula toruloides} 的 OCFAs 比例最高。不过，目前对 OCFAs 生物合成的理解还存在诸多空白，尤其是 PA 的代谢途径和调控机制。未来需要深入研究关键产 OCFAs 菌株的生理和代谢机制，优化培养条件，进行菌株工程改造，以提高 OCFAs 产量和生产效率。此外，PA 可通过厌氧发酵从工业废料中产生，这为利用工业废物流可持续生产微生物脂质提供了新机遇。这项研究为微生物生产 OCFAs 开辟了新方向，有望推动相关产业的发展，在未来为医学、营养学及工业领域带来更多惊喜和突破。