《Applied Microbiology》：Culture Medium Optimization for Lipid and Nervonic Acid Production in Mortierella capitata
编辑推荐：
产油真菌（oleaginous fungi）是可持续生产脂质和极长链脂肪酸（very-long-chain fatty acids, VLCFA）的有前景平台，其中包括神经酸（nervonic acid, NA; 24:1 n-9），尽管其具有重要性，但天然来
产油真菌（oleaginous fungi）是可持续生产脂质和极长链脂肪酸（very-long-chain fatty acids, VLCFA）的有前景平台，其中包括神经酸（nervonic acid, NA; 24:1 n-9），尽管其具有重要性，但天然来源有限。在一项筛选研究鉴定出一株有潜力的菌株后，研究人员选择 *Mortierella capitata* CBS 110633 在摇瓶培养中逐步评估培养条件。研究人员评估了葡萄糖浓度和氮源组成对生物量形成、脂质积累和NA富集的影响。提高葡萄糖浓度主要增强了脂质积累，使其从约4.8 g L?1增至8.7 g L?1，而氮源组成与脂肪酸分布和NA富集的差异相关。在有利于NA富集的条件下，即60 g L?1葡萄糖、4 g L?1酵母提取物、添加尿素并培养14天，NA富集达到总脂肪酸的9.5%。相比之下，使用60 g L?1葡萄糖并补充酵母提取物和蛋白胨（各4 g L?1）培养14天，获得了最高脂质产量（8.7 g L?1）和估计NA产量（504.7 mg L?1）。这些发现表明，NA富集和总脂质积累对培养条件具有不同响应，并凸显了 *M. capitata* CBS 110633 作为进一步研究和开发NA生产的有前景微生物平台。
**1. 研究背景与目的**
神经酸（nervonic acid, NA; 24:1 n-9）是一种极长链单不饱和脂肪酸，参与鞘脂生物合成，并维持神经元膜结构完整性，与中枢神经系统功能相关，同时还具有潜在神经保护和抗炎特性。然而，NA的天然来源如蒜头果（*Malania oleifera*）和元宝枫（*Acer truncatum*）种子油受农艺限制、生长周期长及脂肪酸组成波动等制约，难以满足工业化需求。产油真菌（oleaginous fungi）具有生长快、碳脂转化效率高等优点，是可持续生产脂质和极长链脂肪酸的替代平台；但多数菌株的NA积累水平低且高度不稳定，且以往研究多集中于菌株筛选或单一参数优化，缺乏对NA生物合成关键过程变量的系统考察。为此，研究人员在前期50株被孢霉科（Mortierellaceae）菌株筛选中鉴定出潜在菌株后，专门选择 *Mortierella capitata* CBS 110633，采用多阶段摇瓶培养策略，系统评估葡萄糖浓度和氮源组成对生物量形成、脂质积累及NA富集的影响，以期确定能否仅通过培养策略改善NA生产，并揭示总脂积累与NA富集是否受不同营养因素调控。
**2. 研究内容与主要结论**
研究人员采用逐步评价策略，设置了多个阶段的培养实验。结果表明，提高葡萄糖浓度主要促进总脂质积累（从约4.8 g L
?1增至8.7 g L
?1），而氮源组成则与脂肪酸分布和NA富集差异密切相关。在含60 g L
?1葡萄糖、4 g L
?1酵母提取物、添加尿素并培养14天的条件下，NA富集达到总脂肪酸（total fatty acids, TFA）的9.5%；而最高脂质产量（8.7 g L
?1）和估计NA产量（504.7 mg L
?1）则出现在60 g L
?1葡萄糖补充酵母提取物和蛋白胨（各4 g L
?1）培养14天时。该结果说明NA富集与总脂质积累对培养条件的响应不同，*M. capitata* CBS 110633 是有望进一步开发NA生产的天然微生物平台。
**3. 主要技术方法（≤250字）**
菌株来源于荷兰Westerdijk真菌生物多样性研究所（WI; Utrecht, The Netherlands）。所有培养均在250 mL摇瓶中进行，以葡萄糖为基础碳源。实验分为4个阶段：Stage 1比较5株 *M. capitata* 菌株；Stage 2在40 g L
?1葡萄糖下比较两种复合氮水平（40/2和40/4，即酵母提取物和蛋白胨各2或4 g L
?1）并开展14天时间过程实验；Stage 3固定酵母提取物（4 g L
?1），用不同有机/无机氮源按等氮量替代蛋白胨进行筛选；Stage 4固定复合氮源，评估40、50、60 g L
?1葡萄糖的影响。生物量采用干重法（DCW）测定；残留葡萄糖使用生物传感分析仪测定；总脂采用Folch法提取并称重；脂肪酸组成经酸催化甲酯化后用气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）分析。统计采用双因素或单因素方差分析（ANOVA）及Tukey HSD事后检验，脂肪酸组成数据因来自合并样本仅作描述性分析。
**4. 研究结果**
**Stage 1：*M. capitata* 菌株的比较评价与选择**
通过对5株 *M. capitata*（CBS 859.70、CBS 293.96、CBS 294.96、CBS 110633、CBS 110640）在葡萄糖基础培养基上的生物量、脂质积累和脂肪酸组成进行比较，发现菌株间差异显著。*M. capitata* CBS 110633表现出最高生物量（12.97 g L
?1）、最高脂质产量（5.2 g L
?1，占DCW 40.3%），并具有最高的花生四烯酸（arachidonic acid, AA）+ NA合计比例，因此与CBS 859.70一同被选入后续实验。
**Stage 2：氮源水平对生长和脂质积累的影响**
将两株菌在40/2和40/4两种氮源水平下培养14天。结果表明，40/4条件下生物量和脂质积累更高，*M. capitata* CBS 110633在第9天达到最大生物量16.13 g L
?1和脂质6.5 g L
?1；而在40/2条件下，CBS 110633在第11天获得最高脂质含量47.6% DCW，提示氮限制增强脂质积累效率。NA在40/4条件下第14天达到8.1% TFA。双因素ANOVA显示培养时间和氮源水平显著影响脂质积累，且二者存在交互作用。基于综合表现，CBS 110633被选为进一步实验菌株。
**Stage 3：氮源筛选与时间过程评价**
在等氮量条件下比较多种有机、无机及混合氮源。结果显示，有机氮源（如谷氨酸钠、对照）促进生物量形成，而无机氮源（硝酸铵、硫酸铵）导致生长较差。脂质积累在对照培养基中最高（第12天42.1% DCW，第14天40.9%）。NA比例在尿素条件下最高，达9.5% TFA，其次为尿素+谷氨酸钠（9.0%）和硫酸铵（9.0%）。这表明氮源组成对NA富集有显著影响，且高生物量/高脂质条件并不一定对应最高NA比例。
**Stage 4：葡萄糖浓度的影响**
在固定氮源下，将葡萄糖浓度设为40、50、60 g L
?1。结果显示，提高葡萄糖浓度主要增强脂质积累，从40 g L
?1下的4.8 g L
?1增至60 g L
?1下的8.7 g L
?1，脂质含量最高达46.5% DCW。NA比例在不同葡萄糖浓度间变化较小：50 g L
?1时最高（8.5%），40和60 g L
?1分别为7.9%和7.8%。最高估计NA产量504.7 mg L
?1在60 g L
?1条件下获得。说明碳源增加主要促进总脂合成，而NA比例相对稳定。
**5. 讨论总结与结论**
讨论部分指出，NA比例对氮源组成的响应比AA更敏感，而AA在所有处理中保持相对稳定，说明 *M. capitata* 的核心多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids, PUFA）背景保守。NA富集与总脂质积累受不同营养因素调控：氮源影响脂肪酸分布和NA富集，碳源主要影响总脂合成。本研究中最高NA富集（9.5% TFA）高于文献报道的 *M. capitata* 菌株水平（6.94% TFA），而最高估计NA产量504.7 mg L
?1也表明该菌株具备进一步开发潜力，但仍需优化过程条件以实现工业化放大。
**研究结论（翻译）**：本研究通过定向调整培养条件，成功在 *Mortierella capitata* CBS 110633 中识别出可实现较高神经酸（NA）富集和估计NA产量的条件，凸显了营养因素对极长链脂肪酸生物合成的重要性。增加碳供应及随之而来的C/N比变化主要影响总脂质积累，而氮源组成与脂肪酸分布和NA富集差异相关。脂质积累与NA富集对培养条件表现出不同响应，表明二者受不同营养因素影响，可能需要分别优化。在氮源筛选中，60 g L
?1葡萄糖、4 g L
?1酵母提取物、添加尿素并培养14天时，NA富集达到总脂肪酸的9.5%，而花生四烯酸在所有处理中保持稳定。相反，在葡萄糖优化中，60 g L
?1葡萄糖添加酵母提取物和蛋白胨（各4 g L
?1）培养14天，获得最高脂质产量（8.7 g L
?1）和估计NA产量（约504.7 mg L
?1）。因此，实现最高NA富集的条件与最高估计NA产量的条件并不相同。实际应用中，葡萄糖优化条件（60 g L
?1葡萄糖添加酵母提取物和蛋白胨）是本研究中确定的最高估计NA产量的最优条件。进一步优化培养参数和过程条件将有助于提高生产率并放大规模。总体而言，*M. capitata* CBS 110633 是NA的天然微生物生产菌株，为改进极长链脂肪酸生产提供了基础。
