综述：微生物底盘细胞合成麦角硫因的研究进展

这篇综述系统梳理了麦角硫因（ERG）的生物合成与应用进展。作为天然含硫氨基酸，ERG凭借其独特的2-硫代咪唑结构（C9H15N3O2S）和强抗氧化性，在食品、化妆品及神经保护领域展现出巨大潜力。文章重点对比了生物提取、化学合成与微生物合成（EgtABCDE/Egt1-Egt2通路）三大生产方法，详述了甲基杆菌（Methylobacterium）等底盘细胞的代谢工程改造策略，为ERG工业化生产提供了技术路线图。

　　

麦角硫因（Ergothioneine, ERG）这种天然含硫氨基酸，因其分子结构中独特的咪唑-噻唑环和巯基（-SH），成为生命科学领域备受瞩目的明星分子。其分子式C₉H₁₅N₃O₂S和229.3的分子量背后，隐藏着硫醇（thiol）与硫酮（thione）两种互变异构体的精妙平衡——正是这种特性赋予ERG卓越的抗氧化能力，使其在自由基清除、重金属螯合等方面表现突出。

生产方法的进化竞赛

从蘑菇、黑麦等生物原料中提取ERG的传统方法，面临着效率低、成本高的瓶颈。化学合成虽能实现规模化生产，但复杂的保护-脱保护步骤和有机溶剂使用制约了其发展。相比之下，微生物合成凭借环境友好、成本可控的优势脱颖而出——原核生物的EgtABCDE五酶通路、真核生物的Egt1-Egt2双酶系统，乃至厌氧菌的EanA-EanB途径，为研究者提供了丰富的改造蓝本。

底盘细胞的"基因魔改"

在甲基杆菌（Methylobacterium）等天然产ERG菌株中，过表达限速酶EgtB（组氨酸甲基转移酶）可使产量提升3倍。而大肠杆菌（E. coli）这类非天然宿主，则需要从头引入整个合成途径：通过启动子工程优化egt基因簇表达，结合CRISPR-Cas9精准编辑竞争途径，成功将产量推高至2.38 g/L。值得注意的是，强化S-腺苷甲硫氨酸（SAM）供应和改造细胞膜通透性的组合策略，能显著提升前体利用率。

发酵工艺的"细节控"

5L发酵罐中，采用葡萄糖与组氨酸阶梯式补料，配合pH-stat控制，可使菌体密度达到OD₆₀₀=120。而添加0.1 mM Fe²⁺能激活硫载体蛋白（EgtC）的活性，但需警惕超过0.5 mM时的金属毒性。最新的膜分离耦合技术更实现了96%产物回收率，大幅降低下游纯化成本。

从实验室到产业的跨越

虽然目前最高产量已达5.6 g/L（酵母平台），但工业化仍需解决菌株遗传稳定性、副产物累积等挑战。未来，结合人工智能预测代谢流量、开发新型硫活化酶，或将打开ERG生产的全新局面。这种"细胞工厂"模式，正推动着抗氧化剂生产从化学制造向绿色生物制造的范式转变。