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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) 點擊量：1000
近日，中國科學(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)進行流式細胞檢測的一種創(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)于分子振動和轉(zhuǎn)動的信息，從而揭示細胞內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的組成和狀態(tài)。
近日，中國科學(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40.26%的釀酒酵母突變株，并揭示了其脂質(zhì)積累機制，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)長期依賴沙棘、澳洲堅果等野生植物，受氣候和地理條件限制，難以實現(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%，嚴重制約了工業(yè)應(yīng)用。
微生物制造工程中心博士后紀曉彤和單細胞中心副研究員王喜先帶領(lǐng)的合作團隊，以實驗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個突變文庫。隨后，利用高通量流式拉曼分選儀(FlowRACS)對突變文庫進行富集篩選。
流式拉曼技術(shù)通過檢測脂質(zhì)分子在2844 cm-1處的特征拉曼峰，可無標記、非侵入式識別高脂質(zhì)含量細胞，克服了傳統(tǒng)熒光染色損傷細胞的局限。經(jīng)兩輪連續(xù)富集分選，隨機挑取的50個單克隆中，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)，實現(xiàn)了脂質(zhì)積累與細胞生長的協(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，進一步促進了脂質(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，研究團隊將致力于進一步改造和優(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：中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所
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