山东大学方诩课题组等重构酿酒酵母中心代谢实现高产酪醇及红景天苷

酪醇是一种苯乙醇衍生物，主要存在于橄榄油，葡萄酒和植物组织中，是红景天苷、羟基酪醇等心血管药物的前体物质。利用酿酒酵母以葡萄糖为碳源生产酪醇及红景天苷被认为是一种环境可持续和安全的方法。但是，目前以酿酒酵母为微生物细胞工厂生产酪醇及红景天苷的产量不足2g/L。

近日，山东大学微生物技术研究院方诩课题组等在Biotechnology and Bioengineering发表最新文章《Rewiring central carbon metabolism for tyrosol and salidroside production in Saccharomyces cerevisiae》，山东大学的方诩教授，沈煜副教授和杜志强博士为该论文的共同通讯作者。在这项工作中，研究人员通过对酿酒酵母的多个关键生物合成途径进行代谢工程改造，实现了酪醇及红景天苷的高效合成。

由于不同酿酒酵母菌株之间的天然莽草酸途径代谢通量不同，作者首先从实验室保存的酿酒酵母工业菌株中筛选了一株酪醇本底产量较高的工业菌株作为出发菌株，并在此基础上根据之前的研究经验敲除PDC1、过表达EcTyrAM53I/A354V和PcAAS基因构建了一株酪醇浓度比出发菌株高11倍的菌株。随后，研究人员尝试增强PP途径通过促进酪醇前体赤藓糖4-磷酸的生物合成以提高酪醇的产量，但是，发现过表达ZWF1无法增加酪醇的生成；然后，作者通过对生成E4P的内源PP途径和外源的基于Xfpk的途径进行热力学比较分析，推测基于Xfpk的途径是供应赤藓糖4-磷酸的更优途径。于是，作者分别在三个不同位点异源表达了来自青春期双歧杆菌的密码子优化的Xfpk基因，并进一步对不同来源的Xfpk基因进行了表达分析，获得了酪醇产量最好的菌株。此外，作者在酪醇高产菌株的TRP3位点异源表达了来自于拟南芥的UDP-葡萄糖苷转移酶基因ugt85a1，构建了能够生物合成红景天苷的酿酒酵母工程菌株。最后，通过葡萄糖分批补料发酵获得的酪醇和红景天苷总产量超过10 g/L，达到适合大规模生产的水平。