工程化酿酒酵母细胞工厂通过寿命调控增强脂肪醇生物合成

推荐：研究人员针对工程酵母在化学品生产中面临的代谢失衡和应激压力问题，通过调控TOR1和HDA1基因优化酿酒酵母寿命通路，使脂肪醇产量提升56%。该研究为构建高效微生物细胞工厂提供了普适性策略。

　　

在生物制造领域，利用微生物细胞工厂生产高值化学品是可持续发展的重要方向。然而，工程菌株常面临代谢紊乱和应激压力导致的性能下降问题，尤其在长期发酵过程中，细胞衰老和活性衰减严重制约生产效率。脂肪醇作为洗涤剂和个人护理品的关键成分，其生物合成面临产量瓶颈。传统代谢工程主要聚焦于前体供应和途径优化，但忽视细胞自身稳态对生产的调控作用。

中国科学院大连化学物理研究所生物技术部的科研团队在《Techniques and Innovations in Gastrointestinal Endoscopy》发表研究，创新性地将寿命调控与代谢工程相结合。通过CRISPR/Cas9基因编辑、启动子优化和时序寿命（CLS）测定等技术，发现下调雷帕霉素靶蛋白基因TOR1（采用CLN2降解标签）和敲除组蛋白去乙酰化酶基因HDA1可显著提升细胞活力。关键实验包括：构建含MaFAR1基因的脂肪醇合成底盘菌株PFOH05；通过营养感应通路（TOR/PKA）和应激响应网络筛选寿命调控靶点；采用Trypan Blue染色评估细胞活性。

研究结果显示：

1. 1.

   构建脂肪醇底盘：在NSX-3位点用双向启动子P_GAL1,10表达MaFAR1的菌株PFOH05产量最高，但伴随生长抑制。

2. 2.

   寿命基因调控：TOR1部分抑制（非完全敲除）使脂肪醇增产56%，HDA1敲除增产48%，两者分别通过激活自噬和开放染色质增强应激抗性。

3. 3.

   菌株性能分析：TOR1-CLN2菌株表现出更强的乙醇利用能力和细胞活性（存活率提升30%），CLS延长至野生型的1.5倍。

4. 4.

   组合优化局限：TOR1与HDA1协同调控时出现拮抗效应，而与PKA通路基因tpk1Δ组合可小幅增产12%。

该研究揭示细胞寿命与代谢能力的正相关性：TOR1下调通过平衡代谢流和激活自噬清除毒性物质，HDA1缺失则通过表观遗传调控增强压力响应基因表达。值得注意的是，适度调控（如TOR1部分抑制）比完全敲除更利于维持细胞稳态，这为理性设计细胞工厂提供了新范式。该策略不仅将脂肪醇产量提升至现有报道的最高水平之一，更开创了通过"抗衰老工程"优化微生物生产的普适性方法，对长周期发酵产品的工业化具有重要指导意义。