综述：酵母基精密发酵技术在萜类化合物生物合成中的应用

这篇综述系统阐述了酵母（如S. cerevisiae、K. phaffii等）通过精密发酵（precision fermentation）生产萜类化合物的策略，重点解析了甲羟戊酸（MVA）通路优化、细胞区室化（compartmentalization）和辅因子工程（NADPH/ATP调控）等关键技术，为食品和营养工业提供可持续的萜类生产方案。

　　

酵母基精密发酵技术在萜类化合物生物合成中的应用

萜类化合物作为自然界中结构最多样的次级代谢产物，在食品和营养工业中具有广泛应用。传统植物提取法面临产量低、环境依赖性强等挑战，而酵母基精密发酵技术凭借生长快速、遗传操作便捷等优势成为理想替代方案。

酵母作为萜类生物合成的宿主

酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）因其公认安全（GRAS） status和成熟的遗传工具成为首选，但其克雷布特里效应（Crabtree-positive）导致能量分配失衡。相比之下，巴斯德毕赤酵母（Komagataella phaffii）和解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）等非发酵型酵母能高效利用廉价碳源，但需应对菌株特异性GRAS认证的监管壁垒。

代谢工程与生物工艺优化

MVA通路优化：截短型HMG-CoA还原酶（tHMGR）过表达可解除固醇反馈抑制，而法尼基焦磷酸合酶（FPPS）突变体ERG20^F96W/N127W能特异性促进单萜前体GPP积累。

细胞区室化：过氧化物酶体和内质网（ER）被设计为"代谢工厂"。例如，ICE2基因过表达可扩张ER膜面积，提升细胞色素P450的定位效率；而将整个MVA通路靶向过氧化物酶体，能使角鲨烯产量提高至32.8 g/L。

正交合成途径：引入番茄来源的NPP合酶构建独立于天然代谢的"正交通路"，使柠檬烯产量突破2.23 g/L。

辅因子工程：通过增强磷酸戊糖途径（oxPPP）和引入NADH依赖型HMGR（来自Silicibacter pomeroyi），显著改善NADPH供应瓶颈。

代表性萜类生产案例

单萜：采用双相萃取发酵技术，芳樟醇产量达142.88 mg/L；而β-月桂烯通过过氧化物酶体区室化策略提升至142.64 mg/L。

倍半萜：在K. phaffii中通过ATP库优化实现α-法尼烯3.09 g/L的产量；而人工过氧化物酶体系统使α-葎草烯达到17.33 g/L。

二萜：紫杉二烯合成酶与GGPP合酶融合表达，配合基因组规模代谢模型预测的靶点改造，使产量提升至528 mg/L。

三萜：Y. lipolytica利用脂滴储存特性，通过乙酸-CO₂双途径强化乙酰辅酶A供应，实现角鲨烯32.8 g/L的工业级产量。

技术挑战与未来方向

当前主要瓶颈在于实验室成果向工业转化的鸿沟，涉及遗传稳定性、成本控制和监管合规等多维问题。通过整合功能宏基因组筛选（发现新型萜烯合酶）和非经典构建块合成途径（如C₁₆前体），有望进一步拓展可生产萜类化合物的结构多样性。随着合成生物学工具与系统代谢理解的深度融合，酵母平台将在可持续生物制造领域展现更大潜力。