综合代谢和细胞器工程改善酿酒酵母黄酮类化合物的生物合成
2024年8月，江南大学未来食品科学中心陈坚院士团队Chao Wang在国际期刊《Food Bioscience》（JCR一区，IF2023=4.8）发表了题为“Integrative metabolic and
cellular organelle engineering for improving biosynthesis of flavonoid compounds in saccharomyces cerevisiae”（ 综合代谢和细胞器工程改善酿酒酵母黄酮类化合物的生物合成）的研究论文。
摘要
本研究通过整合代谢和细胞器工程，改进了酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中黄酮类化合物的合成，特别是二氢黄酮醇和花青素。研究中选用产柚皮素的HB52菌株为基础菌株，构建了多种黄酮类合成途径，并优化了代谢通量、NADPH和ATP水平，以提升黄酮类化合物的产量。通过β-氧化途径和细胞器工程，研究进一步增加了前体物质乙酰辅酶A（CoA）和丙二酰CoA的供给。最终，改造菌株能够直接从葡萄糖合成多种黄酮类化合物，二氢槲皮素（DHQ）和二氢山奈酚（DHM）的产量分别达到了231.3 mg/L和284.8 mg/L，花青素的产量达到了45.7 mg/L。这些结果展示了酿酒酵母代谢和细胞器工程在黄酮类化合物生产中的潜力，为提高葡萄酒风味质量提供了新前景。
引言
黄酮类化合物是植物中的主要酚类物质，具有抗炎、抗癌和抗氧化等生物活性，在葡萄酒中影响其风味和健康益处。然而，由于天然来源中黄酮类化合物的低含量和不稳定性，采用酿酒酵母进行黄酮类合成是一种理想的策略。黄酮类化合物的合成依赖于莽草酸途径，而通过增加合成途径中限速酶的表达，可以提高产量。此外，酵母中关键辅因子NADPH和ATP水平的调控也对提高代谢通量和产物产量具有重要意义。本研究通过多层次的代谢和细胞器工程优化酵母中黄酮类化合物的合成，以期推动黄酮类化合物在食品和药品工业中的应用。
研究内容
本研究使用代谢工程手段，在HB52菌株中引入了多种黄酮类化合物的合成途径，包括二氢黄酮醇和花青素的合成路径。为了提升前体物质的供给，研究通过过表达EPSP合成酶、NADPH再生基因及柠檬酸/异柠檬酸转运蛋白基因，优化了胞内NADPH和ATP的水平。此外，通过β-氧化途径增强细胞器工程，将乙酰CoA定向输送至过氧化物酶体，进一步提高丙二酰CoA的生成，从而提升了黄酮类合成的效率。研究结果显示，经过多层优化后，改造菌株在葡萄糖为底物的条件下可合成高浓度的黄酮类化合物。
结论与展望
本研究通过酵母的代谢和细胞器工程，有效提高了黄酮类化合物的产量，展示了该技术在提升葡萄酒风味和营养价值方面的应用潜力。未来的研究可进一步探索更多黄酮类物质合成途径和提升不同环境条件下的稳定性，以推动其在发酵食品工业中的广泛应用。
图文赏析
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212429224004267?via%3Dihub
