利用乳酸克鲁维酵母从头合成麦角硫因的工程化策略与高效生产

为解决麦角硫因(Ergothioneine, EGT)传统生产方法成本高、效率低的问题，研究人员以GRAS酵母乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)为底盘，通过异源表达Stereum hirsutum来源的ergothioneine synthase基因(ShEgt1-ShEgt2)，结合代谢工程优化前体供应(组氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸)和发酵策略，最终在5 L发酵罐中实现398.64 mg/L的EGT产量，较初始菌株提升18倍，为高附加值化合物的生物制造提供了新思路。

　　

麦角硫因(Ergothioneine, EGT)是一种含硫氨基酸，因其卓越的抗氧化、抗炎和神经保护活性，在阿尔茨海默病、糖尿病等疾病模型中展现出治疗潜力，更被欧盟批准为婴幼儿及孕妇安全食品成分。然而，传统化学合成法依赖有毒的2-巯基咪唑，而真菌提取法则成本高昂，难以满足工业化需求。微生物发酵虽有望突破瓶颈，但现有体系如大肠杆菌(E. coli)需外源硫供体且存在内毒素风险，酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)虽产量较高，却面临发酵周期长、遗传改造复杂等问题。

针对这一挑战，中国的研究团队选择具有GRAS（公认安全）认证的乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)作为新型底盘，其兼具真核蛋白折叠优势与工业发酵特性。研究通过基因组整合Stereum hirsutum来源的EGT合成酶基因ShEgt1-ShEgt2，构建工程菌株KL2 EGT28，并系统优化前体供应与发酵工艺。关键技术包括：多拷贝基因整合策略、关键代谢节点（组氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸通路）的工程化改造，以及5 L发酵罐的pH-stat补料分批发酵控制。

菌株筛选与构建
通过比较K. marxianus与K. lactis的EGT合成潜力，选定KL2为最优底盘。异源表达ShEgt1-ShEgt2后，摇瓶实验显示基础产量仅21.7 mg/L，证实前体供应不足是主要限制因素。

代谢通路优化
在含20 g/L葡萄糖、4 g/L组氨酸和10 g/L甲硫氨酸的优化培养基中，EGT产量提升至188.17 mg/L，揭示前体补充对代谢流的决定性影响。

发酵工艺放大
5 L发酵罐采用动态补糖策略（维持残糖5–10 g/L，pH 7.0），96小时内产量达398.64 mg/L，较初始菌株提升18倍，且发酵周期仅为同类研究的1/2。

讨论与意义
该研究首次证实K. lactis作为EGT生产底盘的优势：无需外源硫供体、发酵周期短（96小时）、遗传稳定性高。尽管产量暂低于Y. lipolytica的7.3 g/L记录，但其简化工艺更利于工业化推广。通过靶向组氨酸代谢和硫转运系统，未来可进一步突破产量瓶颈。论文发表于《Food Bioscience》，为食品医药领域高值化合物的生物合成提供了新范式。

研究结论强调，KL2 EGT28的构建不仅验证了非传统酵母的代谢可塑性，其“一步法”基因组整合策略（对比Y. lipolytica的多轮多拷贝整合）显著降低操作复杂度，而pH-stat补料技术则解决了真核微生物高密度发酵的底物抑制问题。这些发现对功能性氨基酸的绿色制造具有普适性指导价值。