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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：319
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(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)進行流式細(xì)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(xì)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(dá)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(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(biāo)記、非侵入式識別高脂質(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(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)，實現(xiàn)了脂質(zhì)積累與細(xì)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(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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