工程酵母为蜜蜂提供关键花粉甾醇：解决蜂群营养危机的生物技术突破

《自然》杂志最新研究为解决蜜蜂花粉营养缺乏问题提供了创新方案。研究人员通过基因工程改造解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)，使其产生蜜蜂必需的6种花粉甾醇(24-MC、SITO等)，并证实添加该酵母的人工饲料可显著延长蜂群育幼时间。这项技术突破对保障全球粮食安全和野生蜂群保护具有重要应用价值。

　　

全球蜜蜂种群正面临前所未有的生存危机。农业集约化和气候变化导致的花粉资源短缺，使蜜蜂陷入"营养饥饿"的困境。蜂农常用蛋白质粉和糖水作为替代饲料，但这些人工饲料缺乏花粉中关键的甾醇成分，无法支持蜂群持续育幼。更严峻的是，野生蜜蜂与养殖蜜蜂对有限花粉资源的竞争，进一步加剧了传粉昆虫的种群衰退。面对这一威胁全球粮食安全的重大挑战，由Elynor Moore和Geraldine Wright领导的国际团队在《自然》发表了一项突破性研究。

研究团队采用基因工程和发酵技术相结合的策略。首先通过质谱分析确定了蜜蜂组织中的6种关键甾醇组成，随后利用CRISPR-Cas9基因编辑技术改造解脂耶氏酵母的甾醇合成途径，构建了能同时产生24-亚甲基胆固醇(24-MC)、β-谷甾醇(SITO)等混合甾醇的工程菌株。通过5升生物反应器扩大培养后，将酵母细胞灭活并制成人工饲料，在为期3个月的半野外实验中验证其对蜂群育幼的促进作用。

【蜜蜂的甾醇营养需求】研究发现蜜蜂不同发育阶段对甾醇的需求存在显著差异。通过分析工蜂、雄蜂和蜂王蛹的甾醇组成，发现24-MC占蛹期总甾醇的60-70%，而β-谷甾醇(SITO)、链甾醇(DESMO)等5种次要甾醇的比例随蜂型变化。值得注意的是，花粉中含量丰富的环阿屯醇等植物甾醇并未在蜜蜂组织中积累，表明蜜蜂对膳食甾醇具有高度选择性。

【酵母工程改造】研究人员构建了多步改造的"混合甾醇"菌株：首先引入Tetrahymena thermophila的STC1基因作为甾醇替代物，克服了解脂耶氏酵母必须依赖内源甾醇合成的限制；随后依次引入来自绿藻的Δ⁷-甾醇还原酶(TspDWF5)和马铃薯的Δ²⁴⁽²⁸⁾-甾醇还原酶(StSSR1)，使24-MC产量达到42.1 mg/g干细胞重；最终通过表达藜麦的C-28甾醇甲基转移酶(CqSMT)和番茄的Δ²⁴⁽²⁵⁾-甾醇还原酶(SISSR2)，实现了6种蜜蜂必需甾醇的共同生产。

【饲喂实验验证】在严格控制的环境下，研究人员比较了四种饲料对蜂群的影响：含工程酵母的混合甾醇饲料(MxSt)、仅产四氢嘧啶醇的对照酵母饲料(Tet)、野生型酵母饲料(WT)和无酵母基础饲料(Base)。结果显示，MxSt组蜂群在实验后期(75-91天)的封盖幼虫数量显著多于其他组(P<0.05)，证实工程酵母提供的甾醇能有效延长蜂群育幼期。值得注意的是，虽然饲料中的甾醇替代物TET在工蜂肠道积累，但并未转移至幼虫，证明蜜蜂具有精确的甾醇筛选机制。

这项研究开创性地将合成生物学应用于传粉昆虫保护领域。工程酵母生产的混合甾醇解决了传统人工饲料无法支持蜂群长期繁殖的关键难题，其生物技术路线相比植物提取更具规模化优势。该技术不仅可缓解养殖蜜蜂的花粉短缺问题，还能减少野生蜜蜂的饲料竞争，对维持生态系统服务功能具有重要意义。未来通过优化酵母的脂质和蛋白质组成，有望开发出更完善的昆虫人工饲料体系，为应对全球传粉者危机提供可持续解决方案。