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在构建高效产脂细胞工厂时，通常认为脂质降解是脂质合成的拮抗途径而被去除。研究人员开展了关于三酰甘油（TAG）循环对长链多不饱和脂肪酸（PUFA）生物合成影响的研究。结果发现 TAG 循环对 PUFA 合成至关重要，且解耦 TAG 合成和降解可提高 PUFA 及其衍生物产量。这为构建优良产油工程菌株提供新策略。
在微生物油脂的研究领域，微生物油脂因其绿色高效的生产方式，在生物柴油、食品添加剂和制药等方面极具潜力，吸引了众多科研人员的目光。目前，构建能大量储存和生产特定脂肪酸组成油脂的工程菌成为研究热点。以往研究中，普遍认为脂质降解是脂质合成的拮抗途径，为提高脂质产量，常通过阻断 TAG 降解途径，如废除 β 氧化途径或敲除脂肪酶等方式来实现，且研究表明这种策略能使脂质产量提高 2.0 - 4.6 倍 ，因此脂质降解被视为构建优质产脂细胞工厂的无用过程。
然而，随着研究的深入，一些新的发现开始挑战这一传统认知。有证据表明，TAG 循环（即 TAG 持续降解和重新合成的过程）在系统代谢稳态中发挥着重要作用，例如为膜脂合成提供脂肪酸、调节脂肪酸氧化速率等，甚至可能为脂质多样化提供途径。这让科研人员开始思考，阻断 TAG 降解途径提高油脂微生物脂质产量的策略是否需要重新审视。
为了解决这些问题，南京师范大学的研究人员开展了一项关于调控三酰甘油循环实现多不饱和脂肪酸及其衍生物高效生产的研究。他们以解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）、裂殖壶菌（Schizochytrium sp.）和高山被孢霉（Mortierella alpina）这三种工业产油微生物为研究对象，探索了 TAG 循环在多不饱和脂肪酸生物合成中的作用机制，并开发出一种解耦 TAG 合成和降解的策略，以提高多不饱和脂肪酸及其衍生物的产量。这项研究成果发表在《Nature Communications》上，为构建优良的产油工程菌株提供了新的思路和方法，对推动微生物油脂产业的发展具有重要意义。
研究人员在开展研究时，运用了多种关键技术方法。首先是脂质组学分析，通过收集解脂耶氏酵母发酵过程中不同时间点的样本，对细胞内脂质进行提取和检测，分析脂肪酸在不同脂质种类中的分布变化。其次是代谢流分析，利用13C标记的脂肪酸追踪脂肪酸的代谢流向。此外，还运用了实时定量 PCR（RT-qPCR）技术，检测相关基因的转录水平，探究基因表达对脂肪酸合成的影响 。
下面来看具体的研究结果：
- 不同微生物在分批补料发酵下的脂肪酸谱：研究人员选用了三种 PUFA 生产者（工程化的解脂耶氏酵母 YlP56 用于生产 C20:5、裂殖壶菌用于生产 C22:6、高山被孢霉用于生产 C20:4）。结果显示，解脂耶氏酵母 YlP56 和高山被孢霉 R807 中，随着发酵时间延长，C16 和 C18 脂肪酸含量持续下降，而目标 PUFA（C20:5 和 C20:4）含量不断上升；裂殖壶菌 HX308 则呈现相反趋势，发酵后期 C14:0 和 C16:0 含量增加，C22:6 含量降低。同时，三种生产者发酵后期脂质滴度和干细胞重量（DCW）均下降，表明脂质在后期发生了降解。
- 确定脂肪酸谱变化的潜在脂质种类：对解脂耶氏酵母 YlP56 进行脂质组学分析，发现随着发酵时间延长，TAG 和 DAG 中 C16:0 和 C18:2 含量逐渐减少，C20:5 含量逐渐增加；MAG 中 C20:5 含量也持续上升，且 TAG 中富含 C20:5 的分子丰度不断增加，这表明脂肪酸在 TAG 中发生了重排。
- 验证脂肪酸谱变化机制的假设：基于解脂耶氏酵母的脂肪酸生物合成途径，研究人员提出了三个假设。通过实验验证，排除了 “更多原始前体脂肪酸（C16:0）合成” 和 “发酵后期去饱和酶 / 延长酶途径转录水平增加” 这两个假设；证实了 “TAG 循环导致 C20:5 含量持续增加” 的假设，通过抑制或加速 TAG 循环实验，发现其对 C16:0 的消耗速率和 C20:5 的生物合成速率有显著影响。
- 探索高山被孢霉和裂殖壶菌中的 TAG 循环：使用 teglicar 加速 TAG 循环实验表明，在高山被孢霉中，加速 TAG 循环可提高 C20:4 含量和脂质滴度；而在裂殖壶菌中，添加 teglicar 未呈现类似效果，C22:6 含量反而下降，这是因为裂殖壶菌中 C22:6 通过聚酮合酶（PKS）途径从头合成，TAG 降解释放的游离脂肪酸无法进一步合成 C22:6。
- 解耦 TAG 合成和降解：研究人员基于 TAG 循环提出一种解耦 TAG 合成和降解的策略，该策略分两个阶段，先抑制 TAG 循环促进 TAG 积累，再加速 TAG 循环增强脂肪酸的去饱和酶 / 延长酶过程。实验证明，该策略可有效提高 PUFA 及其衍生物的产量，如解脂耶氏酵母 YlP56-D3 菌株的 C20:5 产量比 YlP56 菌株提高了 116.2%，同时 C22:5 和前列腺素 F2α（PGF2α）的产量也显著提高。
研究结论表明，TAG 降解并非无用过程，在发酵前期抑制 TAG 循环可促进 TAG 积累，后期加速 TAG 循环能促进 PUFA 合成。通过解耦 TAG 合成和降解的策略，成功提高了 C20:5、C22:5 和 PGF2α 的产量，分别提升了 116.2%、99.4% 和 41.7%。这一策略仅适用于脂肪酸通过去饱和酶 / 延长酶途径合成的微生物。该研究为更好地利用 TAG 降解构建优质产脂细胞工厂提供了新视角，未来研究可在此基础上，进一步综合利用 TAG 降解，挖掘产油微生物细胞工厂的最大潜力。
