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流式拉曼技術(shù)助力!研究獲得棕櫚油酸高產(chǎn)菌株

2025年08月11日 10:42:22 來源:化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量:288

近日,中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所通過復(fù)合誘變與高通量流式拉曼分選技術(shù),成功獲得脂質(zhì)含量高達(dá)40.26%的釀酒酵母突變株。

  流式拉曼技術(shù)是利用拉曼光譜技術(shù)進(jìn)行流式細(xì)胞檢測(cè)的一種創(chuàng)新方法。拉曼光譜是一種基于光的散射效應(yīng)的分析技術(shù),能夠提供關(guān)于分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的信息,從而揭示細(xì)胞內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的組成和狀態(tài)。
 
  近日,中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所通過復(fù)合誘變與高通量流式拉曼分選技術(shù),成功獲得脂質(zhì)含量高達(dá)40.26%的釀酒酵母突變株,并揭示了其脂質(zhì)積累機(jī)制,為微生物發(fā)酵法高效生產(chǎn)高值功能脂肪酸棕櫚油酸提供了新菌種資源。相關(guān)研究成果發(fā)表于《生物燃料和生物產(chǎn)品的生物技術(shù)》(Biotechnology for Biofuels and Bioproducts)。
 
  棕櫚油酸在改善代謝綜合征、糖尿病及炎癥反應(yīng)等方面具有重要生物活性,但其生產(chǎn)長(zhǎng)期依賴沙棘、澳洲堅(jiān)果等野生植物,受氣候和地理?xiàng)l件限制,難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供應(yīng)。傳統(tǒng)油料作物如花生、玉米等棕櫚油酸含量極低,而釀酒酵母脂質(zhì)中棕櫚油酸占比約50%,成為潛在生產(chǎn)宿主,但其野生型菌株脂質(zhì)含量通常低于10%,嚴(yán)重制約了工業(yè)應(yīng)用。
 
  微生物制造工程中心博士后紀(jì)曉彤和單細(xì)胞中心副研究員王喜先帶領(lǐng)的合作團(tuán)隊(duì),以實(shí)驗(yàn)室前期篩選出的高脂野生型釀酒酵母SC018(脂質(zhì)含量約30%)為出發(fā)菌株,采用DNA損傷劑博來霉素與常壓室溫等離子體誘變(ARTP)的復(fù)合方法,構(gòu)建了14個(gè)突變文庫(kù)。隨后,利用高通量流式拉曼分選儀(FlowRACS)對(duì)突變文庫(kù)進(jìn)行富集篩選。
 
  流式拉曼技術(shù)通過檢測(cè)脂質(zhì)分子在2844 cm-1處的特征拉曼峰,可無標(biāo)記、非侵入式識(shí)別高脂質(zhì)含量細(xì)胞,克服了傳統(tǒng)熒光染色損傷細(xì)胞的局限。經(jīng)兩輪連續(xù)富集分選,隨機(jī)挑取的50個(gè)單克隆中,72%的菌株脂質(zhì)含量高于出發(fā)菌,其中突變株MU2R48表現(xiàn)最優(yōu):脂質(zhì)含量達(dá)40.26%,較原始菌株提升30.85%,且生物量與原始菌株基本相當(dāng),實(shí)現(xiàn)了脂質(zhì)積累與細(xì)胞生長(zhǎng)的協(xié)同優(yōu)化。
 
  經(jīng)轉(zhuǎn)錄組和靶向代謝組分析發(fā)現(xiàn),該突變株通過協(xié)同上調(diào)脂肪酸前體合成、戊糖磷酸途徑、乙醇降解及氨基酸代謝,增加乙酰輔酶A和NADPH供應(yīng),為脂質(zhì)合成提供充足原料和還原力,同時(shí)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子參與脂質(zhì)代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控,進(jìn)一步促進(jìn)了脂質(zhì)的積累。
 
  本次研究成果不僅為微生物脂質(zhì)和棕櫚油酸的生產(chǎn)提供了寶貴的菌株資源,更突破了傳統(tǒng)誘變-篩選效率低、熒光染色損傷細(xì)胞等局限,為“非模式產(chǎn)油微生物”的理性改造提供了可復(fù)制的技術(shù)范式,同時(shí)為釀酒酵母脂質(zhì)生產(chǎn)的分子遺傳改良奠定了理論基礎(chǔ)。
 
  未來,研究團(tuán)隊(duì)將致力于進(jìn)一步改造和優(yōu)化代謝工程和發(fā)酵工藝,以期顯著提升釀酒酵母的脂質(zhì)產(chǎn)量,從而有力推動(dòng)棕櫚油酸等高附加值功能性脂肪酸的工業(yè)化生產(chǎn),為食品、醫(yī)藥等行業(yè)提供穩(wěn)定且持續(xù)的原料來源。
 
  素材來源:中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所
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