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为解决农业废弃物中塑料单体的利用问题，研究人员以红酵母 Rhodotorula toruloides 为对象，研究其对乙二醇（EG）的代谢。结果发现 EG 可被代谢为乙醇酸（GA），且在不同碳源条件下代谢特性不同。该研究为废弃物资源化利用提供了新方向。
在农业生产的舞台上，废弃物问题日益严峻。聚对苯二甲酸乙二酯（PET）作为包装行业常用的热塑性聚合物，在农业领域广泛应用于食品包装薄膜等。然而，其回收利用率极低，大量的 PET 废弃物成为环境负担。与此同时，农业生产中还有大量的木质纤维素废弃物，以往许多研究仅关注木质纤维素，却忽视了塑料废弃物这一重要部分。如何将这些废弃物转化为高附加值的产品，成为科研人员亟待攻克的难题。
在这样的背景下，来自意大利米兰比可卡大学（University of Milano - Bicocca）和爱沙尼亚塔林理工大学（Tallinn University of Technology）的研究人员挺身而出，开展了一项意义非凡的研究。他们将目光聚焦于红酵母 Rhodotorula toruloides，探究其对 PET 水解产物乙二醇（EG）的代谢能力，以及在不同糖类碳源存在下的代谢特性，旨在为农业废弃物的高值化利用开辟新途径。
研究人员运用了多种关键技术方法。在培养实验方面，他们在摇瓶和生物反应器中培养红酵母，设置不同的碳源和氮源条件，模拟不同的环境，以研究红酵母的生长和代谢情况。通过高效液相色谱（HPLC）技术，精确测定细胞外代谢物如葡萄糖、木糖、EG、GA 等的含量变化；采用基因组规模代谢建模（Flux Balance Analysis，FBA），预测细胞内代谢通量，深入了解代谢途径；利用生物信息学分析，挖掘潜在的 EG 代谢相关基因。
研究结果如下：
- EG 在葡萄糖存在下的代谢：在摇瓶实验中，当培养基中含有葡萄糖时，红酵母在指数生长期不消耗 EG，直到氮限制期（Nlim）才开始消耗 EG 并产生 GA，最终 GA 的摩尔产率达到 98.83%。在控制条件更严格的生物反应器实验中，进一步证实了这一现象，且发现此时 GA 的产率为 100%（1.01±0.03 mol mol?1），这表明红酵母在将 EG 转化为 GA 方面具有独特优势，且该过程对红酵母的整体代谢影响较小12。
- EG 在木糖或无额外碳源存在下的代谢：当培养基中存在木糖时，红酵母能同时消耗木糖和 EG，且在指数生长期，有 EG 存在时的最大比生长速率显著提高，木糖的消耗速度也加快。通过基因组规模代谢建模预测，EG 氧化为 GA 的过程可能通过 NADP 依赖的 EG 脱氢酶进行，同时木糖代谢过程中的碳会通过乙醛酸分流途径参与 GA 的合成。此外，当 EG 作为唯一碳源时，红酵母几乎不生长，但仍能检测到少量 GA 生成34。
- EG 在葡萄糖和木糖同时存在下的代谢：当培养基中同时存在葡萄糖和木糖时，在氮限制（C/N 比为 80）条件下，EG 的消耗和 GA 的生成模式与仅含葡萄糖时相似；在无氮限制（C/N 比为 8.8）条件下，EG 的消耗和 GA 的生成要在葡萄糖耗尽后才开始，且此时 GA 的产率在不同阶段有所不同56。
- EG 代谢的潜在途径：通过生物信息学分析，研究人员推测红酵母中 EG 代谢为 GA 的潜在途径。EG 可能首先由醇脱氢酶和 / 或羟基类固醇脱氢酶 / 异构酶氧化为乙醇醛（GAH），然后 GAH 再由广谱醛脱氢酶氧化为 GA。虽然还发现了可能编码乙醛酸还原酶（GOR1）的基因，但 GOR1 在 EG 代谢中的作用仍不明确78。
研究结论和讨论部分指出，该研究首次详细阐述了红酵母 Rhodotorula toruloides 对 EG 的代谢特性，在不同碳源条件下的代谢差异显著。红酵母在将 EG 转化为 GA 方面展现出高转化率的优势，尤其是在葡萄糖存在时，GA 的产率可达 100%，这一特性使其在生物炼制领域具有巨大的应用潜力。同时，研究还发现 EG 的存在有助于改善木糖的生物加工过程，可能通过再生 NAD (P) H 缓解辅酶失衡问题。然而，研究也存在一些未明确的地方，如 GOR1 在 EG 代谢中的具体作用和反应方向，以及代谢模型中存在的一些不一致性问题，需要进一步深入研究。
总体而言，这项研究为农业废弃物的资源化利用提供了新的思路和方向，红酵母 Rhodotorula toruloides 有望成为同时实现微生物油脂生产和 EG 高值化转化的理想细胞工厂，对推动可持续生物炼制产业的发展具有重要意义。
