构建Crithidia fasciculata细胞工厂：一种生物可持续生产高价值多不饱和脂肪酸的新系统

为解决ω-3/ω-6多不饱和脂肪酸(PUFAs)天然来源短缺问题，研究人员通过基因改造Crithidia fasciculata的△6/△4-去饱和酶(desaturases)和Elo4延长酶(elongase)，结合废食用油补充和温度调控，成功构建了可生产占总脂肪酸50%高值PUFAs的生物工厂，为可持续营养供给提供了创新方案。

　　

随着全球气候变化和农业工业化加剧，传统ω-3/ω-6多不饱和脂肪酸(PUFAs)的海洋和植物来源正面临严重短缺。这些必需脂肪酸对人类心血管、神经发育等关键生理功能至关重要，但化学合成存在步骤复杂、环境污染等问题，而现有微生物工厂又面临成本高、培养条件苛刻等瓶颈。在此背景下，英国圣安德鲁斯大学的研究团队另辟蹊径，选择了一种非脊椎动物单细胞真核生物——Crithidia fasciculata作为新型生物合成平台，相关成果发表在《Microbial Cell Factories》上。

研究团队主要运用了以下关键技术：1）基因工程改造内源性△6/△4-去饱和酶和Elo4延长酶；2）免疫荧光显微技术定位酶亚细胞分布；3）气相色谱-质谱(GC-MS)全面分析脂肪酸谱；4）温度梯度培养（20°C vs 27°C）调控膜流动性；5）废食用油（椰子油/葵花籽油）作为廉价碳源补充。

研究结果部分：
【Co-overexpression of endogenous desaturases and elongase】通过构建pNUS载体系统，成功实现了△6-desaturase(CFAC1_280079900.1)和△4-desaturase(CFAC1_110026100.1)与Elo4(CFAC1_110016500.1)的共表达，PCR和Western blot验证了工程菌株OE-D6-ELO4/OE-D4-ELO4的构建。

【Subcellular localization】免疫荧光显示△6/△4-去饱和酶部分定位于线粒体，而Elo4同时存在于内质网和线粒体接触位点，这种共定位有利于酶协同作用。

【Temperature-dependent growth】27°C下工程菌株生物量达3-5×10⁷ cells/mL，20°C时虽生长减缓但仍保持2.5×10⁶ cells/mL，证明细胞能适应低温代谢重组。

【Fatty acid profile modulation】过表达使饱和/不饱和脂肪酸(S/U)比值显著降低（p=0.0104-0.0318），20°C时18C不饱和脂肪酸增加15%，22:5 ω3等超长链PUFA(VLC-PUFAs)产量提升。

【Cooking oil utilization】椰子油补充使OE-D4-ELO4的PUFA产量达总脂肪酸51%，葵花籽油组则提升28%，证实废油脂可作为高效碳源。

结论与讨论部分表明，该研究开创性地将寄生性kinetoplastid生物改造为PUFA细胞工厂，通过"基因改造-温度调控-废油利用"三重策略，实现了ω3-22:5（二十二碳五烯酸）和ω6-20:4（花生四烯酸）等高价PUFA的高产。相比微藻培养，该系统无需光照和特殊设备，培养基成本仅￡0.9/克生物量，且可利用餐饮废油实现循环经济。未来通过工业化放大，这种"生物可持续平台"有望缓解全球PUFA供需矛盾，为营养补充剂、强化饲料等领域提供绿色解决方案。研究还揭示了温度对膜脂肪酸组成的深层调控机制，为微生物代谢工程提供了新见解。