综述：鞘氨醇多糖生产进展：基于鞘氨醇单胞菌的生物合成与合成生物学菌株改造策略

（编辑推荐）本综述系统梳理了鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas）合成鞘氨醇多糖（sphingans）的研究进展，涵盖其分类学特征、多糖结构（如结冷胶gellan、韦兰胶welan）、生物合成基因簇（EPS）、合成生物学改造策略（如启动子优化、CRISPR-Cas9），并展望了在食品医药等领域的应用潜力，为微生物多糖开发提供重要参考。

　　

鞘氨醇多糖生产研究进展

Abstract
鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）是一类能合成生物聚合物的微生物资源库，其分泌的胞外多糖（如结冷胶gellan、韦兰胶welan等统称鞘氨醇多糖sphingans）在食品和医药领域已有应用。本文综述了该菌属的分类学进展，并系统总结了鞘氨醇多糖的结构、生物合成通路、分子遗传学及基因工程改造策略。

Introduction
鞘氨醇单胞菌为革兰氏阴性需氧菌，广泛分布于冰川、土壤等环境。其独特之处在于：能降解多环芳烃等污染物（如菌株Sphingomonas paucimobilis），分泌植物激素促进作物生长，以及合成结构多样的鞘氨醇多糖。该菌属最初被误归类为假单胞菌，后因细胞膜含鞘脂（sphingolipids）和2-羟基肉豆蔻酸等特征被重新划分，并进一步细分为Sphingomonas sensu stricto等4个亚属。

鞘氨醇多糖的结构与应用
目前已知12种鞘氨醇多糖，多数具有[→4)α-L-Rha(1→3)β-D-Glc(1→4)β-D-GlcA(1→4)β-D-Glc(1→]的四糖骨架。以结冷胶为例，其骨架可被乙酰基或L-甘油酰基修饰，形成热可逆/不可逆凝胶，广泛应用于食品增稠剂和3D生物打印。韦兰胶因α-L-Man或α-L-Rha侧链赋予高粘度，在石油开采中用作驱油剂。

生物合成基因簇与通路
鞘氨醇多糖合成涉及三步：1）核苷酸糖前体合成（如UDP-Glc由pgm基因调控）；2）四糖单元组装（糖基转移酶GTases催化）；3）聚合与输出（Wzx/Wzy转运系统）。关键基因簇（15-20kb）通常包含：磷酸葡萄糖变位酶（pgm）、UDP-葡萄糖脱氢酶（ugd）、糖基转移酶（spsK/S）等。研究发现，结冷胶合成基因簇中spsB调控乙酰化修饰，敲除后产物凝胶强度显著改变。

合成生物学菌株改造策略
当前挑战在于产量低和副产物多，主要改造手段包括：1）启动子工程（用强启动子过表达ugd基因）；2）CRISPR-Cas9介导的竞争通路敲除（如删减胞内多糖合成基因）；3）动态调控系统（糖感应启动子控制关键酶表达）；4）外源基因引入（如枯草芽孢杆菌的sacB基因增强多糖分泌）。

Future perspectives
未来研究应聚焦：1）解析未知鞘氨醇多糖结构；2）开发基因编辑工具（如基于Sphingomonas的CRISPRi系统）；3）构建人工合成菌群实现多糖定向修饰；4）探索在组织工程等新兴领域的应用。

Conclusion
鞘氨醇多糖研究目前集中于结冷胶等少数品种，其基因改造多限于产量提升。通过整合多组学分析和自动化培养技术，有望实现结构-功能定向设计，推动微生物多糖产业的精准化发展。

利益声明与致谢
作者声明无利益冲突，研究得到浙江省农业农村厅（2022SNJF079）等项目资助。