巴西分离酵母菌株筛选揭示多种工业生物技术潜在底盘

《Yeast》：Screening of Brazilian Isolated Yeasts Reveals Multiple Potential Chassis for Industrial Biotechnology

　　

可持续工业生物技术的未来依赖于能够在传统菌株无法生长的条件下茁壮成长的微生物宿主。尽管酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）仍是占主导地位的工业酵母，但其代谢限制和胁迫敏感性凸显了对替代微生物底盘的需求。环境选择塑造微生物表型，生态多样的分离株代表了尚未充分开发的工业相关性状资源。在此，研究人员建立了巴西酵母库（Brazilian Yeast Collection, BRYC），包含采集自巴西各生物群系的79株分离株，涵盖18属28个命名种，并系统表征了它们在19种工业相关条件——包括碳源、生物质衍生抑制剂、升高的温度和乙醇浓度——下的表型多样性，以及在工业生物能源应用中生物质原料上的表现。在19种条件下，尽管该测试组包含经过选择或工程改造的低pH耐受、醛耐受、木糖利用和工业发酵性能的菌株，但一株工业酿酒酵母对照仅在一种条件（14%乙醇）下排名第一。68%的BRYC分离株在生长速率鲁棒性方面也超过了工业对照。有20株分离株在三种或以上条件中排名前十，其中Wickerhamomyces anomalus（BRYC03和BRYC30）、Pichia kudriavzevii（BRYC98）和Sungouiella flosculorum（BRYC21）成为最多功能的菌株。胁迫耐受谱预测了复杂工业底物上的表现，支持将条件相关表型分析作为合理菌株选择的框架。然而，这些排名在很大程度上依赖于培养格式，在大多数条件下液体和固体培养之间的一致性较低（中位top-10重叠=0.20），强调将培养格式与目标工业过程相匹配的重要性。这些发现扩大了具有胁迫恢复力和代谢多样性的酵母库，并为其开发为下一代工业发酵菌株奠定了基础。

论文解读

**研究背景与目的**

当前石油依赖型工业体系加剧了资源消耗和碳循环失衡，亟需转向环境友好型生产策略。微生物平台尤其是酵母，能够利用生物质和农业工业残余物合成高价值化合物。酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）是传统工业发酵的主力，但其对己糖的偏好、有限的脂质积累能力以及对木质纤维素水解液中抑制物的低耐受性，限制了其在乙醇以外的生物转化过程中的应用。因此，寻找和表征非传统酵母（non-conventional yeasts, NCYs）对于扩展可持续生物生产至关重要。环境选择塑造微生物表型，生态多样的分离株代表了一个尚未充分开发的工业相关性状资源库。基于此，研究人员建立了巴西酵母库（Brazilian Yeast Collection, BRYC），并系统表征其表型多样性，以评估其作为新一代工业发酵底盘的潜力。

**研究内容与主要结论**

研究人员从巴西多个生物群系采集样本，建立了包含79株分离株的BRYC，涵盖18属28个命名种。通过高通量表型分析，在19种工业相关条件下评估了碳源利用、胁迫耐受性和工业底物发酵性能。结果表明，非传统分离株在大多数条件下优于工业酿酒酵母对照；68%的分离株在最大比生长速率鲁棒性上超过工业对照。20株在三种及以上条件下排名前十，其中Wickerhamomyces anomalus（BRYC03和BRYC30）、Pichia kudriavzevii（BRYC98）和Sungouiella flosculorum（BRYC21）表现最为全能。胁迫耐受谱可预测复杂工业底物上的表现，而培养格式（固体与液体）显著影响表型排名，提示筛选方式需与目标工业过程匹配。这些发现扩大了胁迫耐受、代谢多样酵母的资源库，为开发下一代工业发酵菌株奠定了基础。

**关键技术方法**

样本取自巴西不同生态位，包括水果、植物、蜜蜂相关底物和发酵食品，共79株。通过ITS区测序进行分类鉴定。液体表型测定采用自动化高通量平台，每180分钟测量OD₆₀₀，并以生长曲线下面积（Area Under the Curve, AUC）作为生长性能指标；固体培养测定菌落大小并z-score标准化。工业底物包括甘蔗糖蜜、甘蔗秸秆水解液、龙舌兰叶水解液、龙舌兰粘液水解液和龙舌兰叶汁。鲁棒性采用离散指数计算，固体与液体排名一致性用超几何检验评估。

**研究结果**

**3.1 建立和分类学特征**

通过ITS测