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来自中国的研究人员为明确 VLCPUFAs 分布模式及糖蜜对 DHA 生产作用开展研究，揭示了相关基因表达规律。
长链多不饱和脂肪酸（LCPUFAs）是一类含有超过 18 个但少于 24 个碳原子、且具有两个以上双键的直链脂肪酸。其中，属于 ω-3 多不饱和脂肪酸家族的二十碳五烯酸（EPA，20:5，n-3）、二十二碳五烯酸（DPA，22:5，n-3）和二十二碳六烯酸（DHA，22:6，n-3）对人体健康起着至关重要的作用。比如，ω-3 LCPUFAs 能够通过调节内源性大麻素（一种突触系统的关键调节因子）来影响突触功能，并且对神经发生也十分关键。在成人大脑中，EPA 和 DHA 主要积聚在皮质灰质（执行身体和生理活动的功能区域）。此外，摄入足够的这些脂肪酸还能延缓阿尔茨海默病的发展。在视网膜中，DHA 是视杆细胞外段（光感受器细胞的感光部分）的主要脂肪酸。同时，EPA 和 DHA 还是生物活性化合物（如类二十烷酸和类二十二烷酸）的前体，这些化合物能够介导生理活动。
破囊壶菌（Thraustochytrium）是一种海洋单细胞异养原生生物，属于破囊壶菌科。与该科的其他属一样，破囊壶菌能够在膜脂和储存脂质中积累占总脂质超过 50% 的 LCPUFAs，有潜力成为 DHA 的替代来源。破囊壶菌可以通过有氧和无氧途径合成 DHA。在有氧途径中，DHA 的合成需要经过交替的延长和去饱和过程，以引入双键并延长长链脂肪酸的碳链长度；在无氧途径中，DHA 则由初始前体乙酰辅酶 A 通过超大酶多不饱和脂肪酸（PUFA）合酶从头合成。不过，破囊壶菌（Thraustochytrium）sp. 26185 中缺乏有氧途径所涉及的 Δ9 去饱和酶和 Δ12 去饱和酶，这表明有氧途径中的两个关键步骤对于 LCPUFAs 的生物合成无效，因此，基于 PUFA 合酶的无氧途径是该菌合成 LCPUFAs 的主要途径。DHA 从头合成后，会从 PUFA 合酶中释放出来，随后进一步整合到储存三酰甘油（TAG）或其他结构性磷脂中，参与脂质组装过程。脂质组装（也称为脂肪生成）是一个涉及从乙酰辅酶 A 合成脂肪酸，并将脂肪酸酯化生成 TAG 的过程。Zhao 等人的研究揭示，LCPUFAs 大多会分配到磷脂酰胆碱（PC）中，然后通过二酰甘油（DAG）作为中间体转移到 TAG 中。然而，参与这一途径的关键基因在细胞生长过程中的表达模式以及脂质积累的关键时间点仍不明确。
尽管利用破囊壶菌发酵能够生产大量的 LCPUFAs，但培养基中碳源的成本一直居高不下。例如，在 25 升生物反应器中，用裂殖壶菌（Schizochytrium）sp. 进行 120 小时发酵时，葡萄糖的费用占总底物支出的 73%。破囊壶菌具有广泛的碳源利用能力，能够代谢多种底物（如葡萄糖、甘油、果糖和蔗糖等），通过发酵生物合成 DHA 和其他 LCPUFAs。这种代谢灵活性表明，在发酵过程中使用具有成本效益的碳源具有潜力。具有成本效益的碳源是指与葡萄糖（被认为是一种成本较高的碳底物）相比，价格相对较低的富含碳的底物。这些富含碳的底物通常能像葡萄糖一样，被破囊壶菌有效吸收和利用，促进其生长和脂质生产。而且，较低的成本使它们在工业应用中更具经济优势。到目前为止，一些低成本培养基（包括粗甘油、木质纤维素水解物和废水等）已被评估用于破囊壶菌发酵。Chen 等人的研究表明，用 10 克 / 升甘油培养破囊壶菌（Thraustochytrium）sp. BM2，其最大生物量可达 4.83 克 / 升，脂质含量占 79%。同样，Patel 等人报道，用经过有机溶剂预处理的桦木水解物培养金孢菌（Aurantiochytrium）sp. 时，DHA 的产量相当可观（0.7 克 / 升 / 天）。这些研究结果表明，优化碳源可以提高破囊壶菌培养的成本效益，进一步证明了它们能够维持较高的 LCPUFAs 产量。
糖蜜是一种具有成本效益的碳源，其主要成分是蔗糖，同时还含有氨基酸、有机酸、无机化合物、维生素和微量元素，可作为各种微生物发酵的潜在替代碳源。Acosta-Piantini 等人的研究表明，在实验室条件下，使用经过预处理的甘蔗糖蜜作为发酵培养基，与商业培养基相比，成本降低了 68.7%；在工业规模上，成本降低了 78.9%。例如，在利用卷枝毛霉（Mucor circinelloides）URM 4182 发酵生产脂肪酸时，使用添加了少量营养物质的甘蔗糖蜜，能够实现最佳的脂质生产率（0.66 克 / 升 / 天）、生物量（11.2 克 / 升）和脂质含量（29 wt%），并且多不饱和脂肪酸（PUFA）的水平也有所提高。此外，甘蔗糖蜜中的蔗糖可以水解为葡萄糖和果糖，这些单糖已被证实适合促进破囊壶菌的细胞生长和 DHA 合成。因此，甘蔗糖蜜对于某些破囊壶菌来说，是一种很有前景且具有成本效益的 DHA 生产底物。然而，目前尚未有关于利用破囊壶菌（Thraustochytrium）sp. 26185 从糖蜜中生产 LCPUFAs 的研究。所以，本研究旨在阐明 VLCPUFAs 在细胞生长过程中的分布模式，并分析糖蜜在破囊壶菌（Thraustochytrium）sp. 26185 生产 DHA 过程中的作用。
研究方法如下：菌株、培养基和生长条件方面，种子培养物的制备和培养条件参考了之前的研究。破囊壶菌（Thraustochytrium）sp. 28165 菌株购自美国典型培养物保藏中心（ATCC，美国）。种子培养基含有葡萄糖（40 克 / 升）、酵母提取物（6 克 / 升）和海盐（20 克 / 升），固体培养基则是在上述基础上添加了琼脂（20 克 / 升）。保存在 20%（v/v）甘油中的菌株首先在 30°C 的固体培养基上活化 72 小时，然后将单个菌落转移到……
在分析参与 LCPUFA 生物合成的差异表达基因时，首先进行了时间进程实验，以确定破囊壶菌（Thraustochytrium）sp. 26185 中基因表达和 DHA 的分布情况，从而追踪 LCPUFA 的生物合成过程。由于之前的放射性同位素标记研究表明，在 72 小时时，喂食的 14C - 乙酸盐能够整合到三酰甘油（TAGs）中，因此，本研究以葡萄糖为碳源，将采样时间设定为 0 到 72 小时，并利用 RNA 测序（RNA - seq）分析与 DHA 相关的差异表达基因（DEGs）。
研究结论：本研究通过转录组和脂质组分析，揭示了 LCPUFAs 在细胞生长过程中的分布模式，以及这些脂肪酸与甘油骨架形成磷脂和 TAG 的关联。在细胞生长早期，参与糖酵解的基因表达上调。此外，参与磷脂合成的基因在 12 - 72 小时表达，尤其是调节 PC 组装的溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶（LPCATs）和磷脂酰乙醇胺 N - 甲基转移酶（PEMT）。参与……
