编辑推荐：
为解决野生型菌株类胡萝卜素产量低及 C50类胡萝卜素生产研究有限的问题，研究人员开展在谷氨酸棒杆菌（C. glutamicum）中合成细菌红素（bacterioruberin）的研究。结果实现细菌红素的合成，为其生产提供新途径，推动高价值 C50类胡萝卜素的微生物生产。
在大自然的神奇宝库中，类胡萝卜素（carotenoids）宛如一颗颗璀璨的宝石，广泛存在于各种植物、藻类和微生物里。它们不仅赋予了大自然缤纷绚丽的色彩，从明亮的黄色到热烈的红色，而且在生命活动中发挥着诸多重要作用。作为天然色素，类胡萝卜素在食品工业中大放异彩；其强大的抗氧化和抗癌特性，又使其成为医药和化妆品领域的 “潜力股”，吸引着众多科研人员的目光。
细菌红素（bacterioruberin），一种来自极端嗜盐古菌的无环 C50类胡萝卜素，更是凭借其卓越的抗氧化、抗血脂异常、抗高血糖、抗肿瘤和免疫调节活性，成为了科研界的 “新宠”。它能够通过调节 NF-κB 通路展现抗炎效果，还能凭借独特的化学机制中和自由基，抗氧化能力不容小觑。从 “盐海” 中嗜盐古菌提取的细菌红素，甚至被发现对肌肉萎缩有保护作用，在治疗领域的前景一片光明。
然而，野生型菌株在生产细菌红素时却困难重重。它们的类胡萝卜素产量往往较低，在工业规模应用上也面临诸多限制，就像被一道道无形的枷锁束缚着。同时，在 C50类胡萝卜素的生产研究方面，进展也较为缓慢，相关报道少之又少。比如在谷氨酸棒杆菌（C. glutamicum）中，虽然它是一种广泛应用于食品和制药行业的 “安全卫士”（GRAS，Generally Regarded As Safe），能够自然合成环状 C50类胡萝卜素 —— 十聚异戊烯基黄质（decaprenoxanthin），但此前却从未有过在该菌中异源表达细菌红素的报道。
为了打破这些困境，韩国的研究人员挺身而出，开启了一场探索之旅。他们致力于在谷氨酸棒杆菌中实现细菌红素的生物合成，期望为这一高价值的 C50类胡萝卜素找到一条可持续、高效的生产之路，从而推动食品和化妆品等行业的发展。最终，他们成功了！这项研究成果发表在《Bioresource Technology》上，为该领域的发展注入了新的活力。
研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。首先是基因工程技术，他们将来自 “海洋嗜盐富饶菌”（“H. marinum”）MBLA0078 的异源双功能番茄红素延伸酶 / 水合酶（lyeJ）、类胡萝卜素 3,4 - 去饱和酶（crtD）和 C50类胡萝卜素 2′',3′'- 水合酶（cruF）基因，导入谷氨酸棒杆菌中，构建重组菌株。同时，利用发酵技术，通过补料分批发酵来培养重组菌株，实现细菌红素的生产 。
细菌菌株及生长条件
研究人员选用了谷氨酸棒杆菌 ATCC 13032T作为基础菌株进行基因工程改造。将其培养在脑心浸液肉汤（Brain Heart Infusion Broth）或含 1.5% 琼脂的 BHI 平板上，为后续实验提供稳定的菌株来源。
番茄红素生产菌株的构建
番茄红素（lycopene）是细菌红素生物合成的重要前体。在谷氨酸棒杆菌中，原本番茄红素会被延伸为十聚异戊烯基黄质，这会分散目标产物细菌红素的代谢通量。研究人员通过 pK19mobsacBΔcrtYEb 对菌株进行操作，成功构建出能够生产番茄红素的基础菌株，为后续细菌红素的合成打下坚实基础。
细菌红素的合成与分析
研究人员把包含 lyeJ、crtD 和 cruF 基因的合成途径导入谷氨酸棒杆菌 ΔcrtRYEb 菌株中。随着这些基因的表达，研究人员不仅成功鉴定出细菌红素，还发现了其已知和未知的前体物质。在补料分批发酵实验中，重组菌株表现出色，细菌红素的效价达到 9.74 mg/L，产量为 0.29 mg/g 干细胞重量（DCW），生产效率为 0.30 mg/L/h。
在这项研究中，研究人员首次利用嗜盐古菌的基因，通过代谢工程手段，在工业细菌谷氨酸棒杆菌中实现了细菌红素的生产。这一突破意义非凡，它为细菌红素的生产开辟了新的途径，摆脱了以往对野生型菌株的依赖，使得大规模、可持续生产细菌红素成为可能。同时，这也为其他高价值 C50类胡萝卜素的微生物生产提供了宝贵的借鉴经验，推动了整个领域的发展，有望在食品、化妆品和医药等行业掀起新的变革浪潮，让细菌红素更好地造福人类。
