基于无机氮源调控的蛋白核小球藻高蛋白培养机制：蛋白质组学揭示的氮硫协同代谢路径

为解决全球粮食短缺背景下水产养殖和动物饲料的可持续蛋白来源问题，研究人员通过蛋白质组学技术探究了不同无机氮源（NH4+与NO3?）对蛋白核小球藻（Euglena gracilis）生长及蛋白质合成的调控机制。研究发现，铵态氮（NH4+）通过能量高效利用和硫代谢协同显著提升蛋白质含量（达45.4%干重），同时揭示了氮硫协同调控碳分配的关键通路，为微藻工业化生产高蛋白饲料提供了理论依据和技术支撑。

　　

随着全球人口预计在2050年突破100亿，动物蛋白需求将激增21%，而传统畜牧业已导致80%农业用地占用和35%作物饲料消耗，引发严峻的环境危机。微藻因其光合效率（10%-20%）远超陆地植物（1%-2%），且蛋白质含量高达70%，成为替代蛋白的理想候选。然而，多数微藻（如Chlorella、Spirulina）因细胞壁阻碍蛋白提取，而缺乏细胞壁的蛋白核小球藻（Euglena gracilis）凭借高消化性和氨基酸丰度脱颖而出。中国科学院相关团队在《Bioresource Technology》发表研究，通过多组学技术解析了无机氮源对E. gracilis蛋白质合成的调控机制。

研究采用数据非依赖采集（DIA）蛋白质组学、动态生化成分分析及改进型Cramer-Myers（CM）培养基培养技术，系统比较了NH₄⁺-N（铵态氮）与NO₃^?-N（硝态氮）对FACHB-848藻株的影响。

Effect of different nitrogen sources on biomass growth
NH₄⁺-N组4天内生物量快速积累，14天达峰值（图1a），而NO₃^?-N组利用率极低。铵态氮显著提升蛋白质（45.4±0.9%干重）和脂质，但抑制副淀粉（paramylon）合成；硫供应（(NH₄)₂SO₄）进一步通过激活半胱氨酸合成酶（CysK）促进含硫氨基酸生成。

Proteomic analysis of nitrogen-sulfur coordination
DIA揭示NH₄⁺-N通过下调硝酸还原酶（NR）节省能量，同时上调谷氨酰胺合成酶（GS）和天冬酰胺合成酶（ASNS）驱动氮同化。硫代谢关键酶（如ATP硫化酶）与碳代谢（Calvin循环）协同，优化碳流向蛋白质而非碳水化合物。

Conclusions
该研究首次构建了E. gracilis中氮-硫协同调控蛋白质合成的代谢框架，证实(NH₄)₂SO₄为最优氮源，其通过能量节省效应和硫供应双重机制提升蛋白产量。这一发现不仅为微藻工业化生产高蛋白饲料提供了理论依据，更通过简化提取工艺（无细胞壁障碍）推动其实际应用，契合全球可持续发展目标。研究创新性整合动态培养与多组学，为下一代生物资源开发树立了范式。