新型酵母菌株Pichia kudriavzevii V1的发现及其在朗姆酒工业废料甘蔗酒糟资源化中的应用研究

本研究针对朗姆酒工业废料甘蔗酒糟(vinasse)的环境污染问题，通过筛选获得一株耐高温(45℃)和强酸性(pH 2)的非传统酵母Pichia kudriavzevii V1，证实其可在酒糟培养基中高效生长并积累油脂(13.8 g/L)，且能通过Yarrowia lipolytica载体实现基因改造。该菌株为热带地区农业废弃物资源化提供了新型微生物工厂解决方案，相关成果发表于《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》。

　　

在朗姆酒生产过程中，每升酒精会产生10-15升酸性废液——甘蔗酒糟(vinasse)，这种富含甘油(5%)但pH低至3.5-5的农业废弃物，传统处理方式会导致土壤和水体污染。虽然已有研究尝试用微生物转化酒糟，但常规酵母如酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和产油酵母Yarrowia lipolytica(YL)在高温和酸性条件下表现欠佳。

英国利兹贝克特大学生物医学研究中心的Brigita Simonaviciene和Ayokunle Araoyinbo等研究人员在《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》发表研究，通过从陈年酒糟中分离获得一株新型酵母V1，经全基因组测序鉴定为Pichia kudriavzevii。该菌株在模拟酒糟环境的人工培养基YPV(含5%甘油，pH 4.85)中，生物量达30.7 g/L，油脂含量比YL提高115%。更惊人的是，V1能在45℃和pH 2的极端条件下生长，并通过经典热激转化法成功导入YL的β-胡萝卜素表达载体，展现出优异的工程化潜力。

研究采用四项关键技术：1) 从酒糟微生物组分离耐酸耐高温菌株；2) 全基因组测序(WGS)和SNP分析揭示脂代谢相关基因突变；3) 基于LC-MS/MS的脂质组学比较V1与YL的脂质谱差异；4) 建立P. kudriavzevii遗传转化体系。酒糟样本来自法属瓜德罗普岛的朗姆酒厂，经离心过滤后用于微生物筛选。

研究结果

Strain selection for improved growth
通过模拟酒糟成分的YPV培养基筛选，发现V1在液体培养中OD₆₀₀达143.3±32.1，显著高于YL突变株(最高62.3±2.1)。成熟酒糟微生物组分析显示，Pichia属占真菌群落的80%，但V1所属的P. kudriavzevii仅占0.2%，表明其稀有性。

Growth of the V1 strain on vinasse
在1:1稀释的真实酒糟中，V1在37℃的OD₆₀₀达2.9±0.09，而商业P. kudriavzevii(PK)仅为0.58±0.004，YL则完全无法生长。

V1 P. kudriavzevii is naturally adapted for growth at higher temperature
温度梯度实验显示，V1在45℃仍保持生长能力，而PK在40℃即显著衰退。37℃时V1倍增时间缩短至1.54±0.03小时，显示其热带适应性。

V1 Pichia kudriavzevii is resistant to low pH
pH 2条件下，V1与PK均能生长，而YL在pH 3即受抑制，证实Pichia属的强酸耐受性。

V1's potential for bio-engineering
使用YL载体pTEF-β-carotene成功转化V1，在200 μg/mL潮霉素下获得转化子，但β-胡萝卜素表达未激活，提示需优化表达元件。

Whole genome sequencing of V1
WGS分析发现V1在TGL3/TGL4等三酰甘油脂肪酶基因存在显著SNP，这些基因在YL中与脂质积累负相关，暗示V1可能天然具有高脂表型。

Lipidomic comparison
LC-MS/MS显示V1在28℃时游离脂肪酸(FFA)占比显著高于YL，其中棕榈酸(C16:0)和棕榈油酸(C16:1)含量突出；37℃时油酸(C18:1)比例增加，符合生物膜高温稳定性需求。

结论与意义
该研究首次报道了P. kudriavzevii V1作为酒糟资源化的理想微生物工厂：1) 极端环境耐受性突破现有菌株限制；2) 天然高产油脂特性(13.8 g/L)；3) 遗传可操作性证实其工程化潜力。通过脂质组学与WGS的关联分析，揭示了温度适应性相关的脂质重塑机制，为后续代谢改造提供靶点。这项发现不仅为朗姆酒产业提供可持续废弃物解决方案，其耐热耐酸特性也为其他热带农业废弃物的生物炼制开辟新途径。