双功能单工程化混合架构启动子增强并转化多碳源调控系统在Komagataella phaffii中的表达

研究人员针对可持续碳源(SCSs)发酵过程中转录调控效率低的问题，通过设计双功能单工程化启动子(DASEPs)系统，在Komagataella phaffii中构建了基于ADH22混合架构的合成转录开关。该研究实现了对乙醇/甘油/甲醇/乙酸的多碳源协同调控，使eGFP表达量最高提升8.2倍，为绿色生物制造提供了新型代谢工程工具。

　　

在绿色生物制造领域，如何高效利用可持续碳源(SCSs)是实现碳中和目标的关键挑战。乙醇、甘油、甲醇和乙酸等碳源虽具环保优势，但其代谢调控网络复杂，传统发酵系统往往面临转录效率低下、碳源利用率不高等瓶颈问题。特别是在Komagataella phaffii（一种重要的工业酵母）中，多碳源协同调控的启动子系统尚未建立，严重制约了绿色化学品的生产效率。

针对这一技术难题，中东技术大学（METU，土耳其）的研究团队创新性地提出了双功能单工程化启动子(DASEPs)设计策略。这项发表在《Enzyme and Microbial Technology》的研究，通过重构酵母转录调控网络，成功开发出能响应多种碳源的高效表达系统，为可持续生物制造提供了突破性解决方案。

研究团队主要采用三大关键技术：1）基于酿酒酵母(S. cerevisiae)同源性的转录因子(TF)预测系统Sc-cADSs-CP；2）在ADH2₂基础启动子上构建混合架构的合成转录开关；3）通过eGFP报告基因定量评估系统性能。特别值得注意的是，研究建立了包含Cat8、Hap1和Hap2/3/4/5复合体等多重TFBS-TF（转录因子结合位点-转录因子）互作网络的设计平台。

【DUAL-ACTING SINGLE-ENGINEERED PROMOTER (DASEP) SYSTEM DESIGN】
研究团队创新性地将ADH2₂启动子改造为混合架构平台，通过引入合成TFBS（如Cat8结合位点）构建转录开关。生物信息学预测发现，Cat8可调控乙醇/甲醇代谢，而Hap复合体则参与多碳源协同调控，这为DASEP设计提供了理论基础。

【RESULTS】
实验数据显示，在五种SCSs条件下，DASEP1和DASEP2性能全面超越传统SASEPs：在甘油中表达量提升6.5-8.2倍，1%乙醇中提升3.9-4倍，1%甲醇中提升3.6-4.2倍。值得注意的是，虽然eGFP表达显著增强，但细胞浓度降低现象提示外源表达可能造成代谢负担。

【Discussion and Conclusions】
这项研究开创性地实现了三大突破：1）首次在K. phaffii中建立多碳源响应型启动子工程平台；2）验证了混合架构启动子对转录效率的倍增效应；3）为"碳源-转录因子-启动子"的精准调控提供了设计范式。特别值得关注的是，该技术可拓展应用于其他工业微生物，为绿色生物制造提供了模块化调控工具。

研究团队强调，这种基于合成生物学的代谢工程策略，不仅解决了多碳源协同利用的技术瓶颈，更重要的是建立了"设计-构建-测试"的标准化流程。随着碳中和进程加速，这项技术有望在生物燃料、高值化学品等领域产生深远影响，推动传统发酵工业向绿色低碳转型。