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香紫苏醇（Sclareol）植物提取成本高且不环保，合成生物学提供新路径。本研究在解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）中整合 SsLPPS 和 SCS 基因，经蛋白融合、多拷贝整合等优化，使香紫苏醇滴度达 2656.20±91.30 mg/L，为其工业化生产奠定基础。
香紫苏醇是一种从香紫苏中提取的二萜醇，广泛应用于食品、化妆品和医药行业，不仅可作为添加剂、香料，还能用于合成香紫苏内酯、龙涎醚等高价值化合物。然而，传统的植物提取法存在成本高、效率低且对环境不友好等问题，限制了其大规模生产。随着合成生物学的发展，利用微生物细胞工厂生产萜类化合物成为极具潜力的替代方案。解脂耶氏酵母作为一种非传统产油酵母，具有强大的三羧酸（TCA）循环能力，能有效生成乙酰辅酶 A（Acetyl-CoA）等关键前体，且其内源甲羟戊酸途径（MVA pathway）可产生异戊烯基焦磷酸（IPP）和二甲丙烯基焦磷酸（DMAPP），是合成萜类化合物的理想底盘细胞。不过，目前利用该酵母合成二萜类化合物的研究较少，可能受牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸（GGPP）含量、产物毒性等因素限制。
为解决香紫苏醇生产难题，华东理工大学的研究人员开展了相关研究。他们通过组合代谢工程策略对解脂耶氏酵母进行改造，成功构建了高效生产香紫苏醇的细胞工厂，相关成果发表在《Microbial Cell Factories》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：一是引入异源生物合成途径，将香紫苏中编码 (13E)-8α- 羟基 - labden-15 - 基焦磷酸合酶（LPPS）和香紫苏醇合酶（SCS）的基因进行密码子优化后整合到解脂耶氏酵母中；二是通过基因融合技术，利用不同柔性 linker（GGG、GSG 等）连接 SsSCS 和 SsLPPS，提高酶催化效率；三是过表达 GGPP 合成相关基因（如 tPaGGPPS）及甲羟戊酸途径关键酶基因（ERG19、ERG13、ERG12、ERG8 等），增强前体供应；四是调控脂质代谢，敲除脂质合成基因（DGA1、DGA2）并过表达脂质降解基因（如 CAT2），redirect 乙酰辅酶 A 流向香紫苏醇合成；五是进行多拷贝基因整合，提高香紫苏醇合酶的表达量。
构建香紫苏醇生物合成途径
在解脂耶氏酵母底盘菌株 Po1f-tHEI 中整合 SsLPPS 和 SsSCS 基因，得到菌株 YAs0，发酵后检测到香紫苏醇滴度为 3.56 mg/L。进一步通过柔性 linker 融合 SsSCS 和 SsLPPS，发现使用 GGG linker 的菌株 YAs1a 香紫苏醇滴度达 10.47±0.37 mg/L，是 YAs0 的 2.94 倍，而较长 linker（如 GSTSSG）则导致产物无法检测，表明 linker 长度对融合蛋白稳定性至关重要。
优化 GGPP 合成与代谢通量
筛选不同来源的 GGPP 合酶，发现 tPaGGPPS 催化效率最高，使 GGOH（GGPP 衍生物）滴度达 999.69±67.12 mg/L，香紫苏醇滴度提升至 29.83±6.57 mg/L。通过在 D069 位点整合额外的 SL 基因拷贝并优化启动子，使用 TEFin 启动子的菌株 YAs6 香紫苏醇滴度达 342.68±14.54 mg/L。
增强甲羟戊酸途径
在菌株 YAs6 中整合甲羟戊酸途径关键酶基因（ERG19、ERG13、ERG12、ERG8），单基因过表达均显著提高香紫苏醇产量，其中 ERG12 和 ERG8 共表达的菌株 YAs13 滴度达 549.67±68.50 mg/L。进一步共表达四基因的菌株 YAs14，香紫苏醇滴度提升至 858.11±17.17 mg/L，GGOH 滴度达 1610.26±16.76 mg/L，表明平衡代谢通量可有效提升前体供应。
调控乙酰辅酶 A 供应与多拷贝整合
敲除脂质合成基因 DGA2 得到菌株 YAs22，香紫苏醇滴度达 1113.17±25.69 mg/L。通过增加 SsSL 基因拷贝数，四拷贝菌株 YAs24 香紫苏醇滴度高达 2656.20±91.30 mg/L，GGOH 浓度显著降低，证明提高合酶表达量可促进 GGPP 转化。
结论与讨论
本研究通过组合代谢工程策略，在解脂耶氏酵母中实现了香紫苏醇的高效生产，摇瓶水平滴度达 2656.20±91.30 mg/L。研究表明，基因融合、前体供应优化、代谢通量平衡及多拷贝整合是提升产量的关键。与大肠杆菌和酿酒酵母相比，解脂耶氏酵母的内源甲羟戊酸途径和高效乙酰辅酶 A 供应使其在二萜合成中更具优势。尽管存在菌株生长速率下降等问题，该研究为利用解脂耶氏酵母生产香紫苏醇及其他二萜类化合物提供了可行策略，有望推动其工业化应用，为可持续生产高价值天然产物开辟新路径。
