解脂耶氏酵母代谢工程改造高效合成维生素K2（MK-7）的关键技术突破

本研究针对传统微生物合成维生素K2（MK-7）存在的膜空间限制和食品安全问题，通过代谢工程改造解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica），引入外源前体DHNA/VK3，优化甲羟戊酸（MVA）途径并利用过氧化物酶体工程，最终实现摇瓶发酵255 mg/L的MK-7高产，为工业化生产提供了新策略。

　　

维生素K₂（MK-7）作为防治骨质疏松和血管钙化的关键营养素，其微生物合成长期受限于传统宿主（如枯草芽孢杆菌）的膜存储空间和大肠杆菌的 endotoxin 风险。解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）凭借丰富的乙酰辅酶A供给和卓越的疏水化合物存储能力，成为极具潜力的替代宿主。

新疆生产建设兵团相关研究机构的研究人员通过多维度改造策略：首先异源表达枯草芽孢杆菌的七异戊二烯基二磷酸合成酶基因（hepS/T）和萘醌环转移酶基因（menA），利用酵母内源MVA途径提供前体；随后通过过氧化物酶体靶向定位增加MK-7存储空间；最终结合发酵优化使产量提升至255 mg/L，创解脂耶氏酵母合成MK-7的最高纪录。该成果发表于《Process Biochemistry》，为MK-7的工业化生产开辟了新路径。

关键技术包括：1）模块化构建MK-7合成途径（DHNA/VK₃双前体策略）；2）MVA途径限速酶（HMGR、IDI）的过表达；3）过氧化物酶体膜蛋白（PEX10/PEX19）工程改造；4）两阶段pH调控发酵工艺。

【研究结果】

1. 合成途径设计：通过外源添加DHNA或VK₃，成功在解脂耶氏酵母中实现MK-7合成，证实其可利用MVA途径生成的FPP合成HDP侧链。

2. 代谢流优化：过表达MVA途径关键酶使MK-7产量提升2.3倍，证明乙酰辅酶A供应是限速因素。

3. 细胞器工程：将menA与过氧化物酶体信号肽融合后，MK-7产量提高41%，揭示亚细胞定位对疏水产物积累的关键作用。

4. 发酵工艺：采用pH 6.5的两阶段培养使最终产量达到255±0.58 mg/L，较初始菌株提升15倍。

【结论与意义】

该研究首次在真核微生物中实现MK-7的高效合成，其产量较既往大肠杆菌体系（129 mg/L）具有显著优势。通过过氧化物酶体存储策略解决了疏水化合物胞内毒性问题，为其他脂溶性维生素的微生物合成提供了范式。从食品安全角度，GRAS认证的解脂耶氏酵母比传统细菌宿主更适用于功能性食品生产。未来通过引入完整萘醌环合成途径，有望实现MK-7的全生物合成。