角鲨烯是一种三萜类天然化合物，也是很多三萜和类固醇组成的要害前体，存在于动物、植物和真核微生物以及人类皮脂中。角鲨烯具有多种生物活性，包含抗氧化、调理胆固醇代谢、解毒等，已被大范围的应用于药品、保健品、化妆品和食物等范畴。

  现在，商业用途的角鲨烯大多数来历于鲨鱼肝油和植物种子。跟着对角鲨烯需求的添加，范畴内需要以合理更经济的本钱开发角鲨烯。根据微生物细胞工厂出产角鲨烯是一种极具潜力的办法，但是，从本钱效益视点来看，这种办法的出产滴度和产值依然很低。

  近来，来自 MIT 化学工程系和中国农业科学院的科学家们提出了一种进步角鲨烯产值的办法。他们经过重建完好的角鲨烯生物组成途径将角鲨烯组成途径与竞赛性的细胞质组成分离隔，并经过改造细胞脂质代谢或乙酸盐代谢增强过氧化物酶体中乙酰辅酶 A 前体的供给，进一步改进细胞中角鲨烯的生物组成。

  论文中指出，这一战略使出产的角鲨烯滴度比天然细胞质组成的滴度添加了 1300 倍。在生物反响器发酵中，构建解脂耶氏酵母菌株出产角鲨烯，以葡萄糖为底物能够出产 32.8 g/L 角鲨烯，使用共饲战略（cofeeding strategy）以乙酸盐和葡萄糖为底物能够出产 31.6 g/L 角鲨烯。

  该研讨已宣布在PANS上。论文的通讯作者是 MIT 化学工程系 Willard Henry Dow 教授Gregory Stephanopoulos和云南师范大学马铃薯科学研讨院研讨员尚轶。尚轶的研讨方向是经过归纳运用组学大数据、分子生物学和生物化学等技能，构建植物次生代谢多组学研讨系统。

  在这项研讨中，首要，为了构建可过量出产角鲨烯的细胞工厂，该团队确认角鲨烯生物组成途径中潜在的限速进程，以确认逐渐优化的方针。经过实验发现，最要害的进程是上游途径，该途径与解脂耶氏酵母中从头构成脂细胞竞赛一起的前体乙酰辅酶 A。经过上调细胞质角鲨烯组成途径能大大的提高角鲨烯的产值。

  但是，因为用工程微生物细胞工厂出产高值化合物进程中，代谢工程改造通常会遭到微生物天然竞赛途径、代谢串扰以及前体供给缺乏阻止，影响化合物组成。这在解脂耶氏酵母中组成三萜类化合物尤为显着，其前体角鲨烯的生物组成与细胞成长和保持活性所必需的细胞质甾醇生物组成严密耦合在一起，这种代谢偶联是构建高产值角鲨烯菌株的一个重要应战。

  根据此，该团队探讨了在解脂耶氏酵母中使用过氧化物酶体途径有用组成角鲨烯的潜力。为了将两条组成途径分离隔，该团队经过引进从乙酰辅酶 A 开端的完好角鲨烯生物组成途径，在过氧化物酶体中构建了一条正交途径，其间甲羟戊酸（MVA）途径被拼装用以收集过氧化物酶体乙酰辅酶 A 库。在实验中，过氧化物酶体有用将部分组成的角鲨烯与竞赛性细胞质反响隔脱离。

  角鲨烯是组成自然界中所有三萜类化合物和甾醇的要害前体，角鲨烯的组成源于乙酰辅酶 A 转变为 3-羟甲基戊二酸单酰 CoA（HMGCoA）。

  当在过氧化物酶体中重建完好的 MVA 途径以收成过氧化物酶体乙酰辅酶 A 时，实验中观察到角鲨烯产值添加了 40 倍，菌株 Sq10 的产值为 2.34 g/L。该菌株比细胞质中过表达 MVA 途径的菌株 Sq06 高 1.37 倍。

  但是，过氧化物酶体中角鲨烯途径的阻隔耗尽了过氧化物酶体中前体乙酰辅酶 A 的天然供给，供给缺乏会约束角鲨烯产值进一步添加，因而就需要引进额定的乙酰辅酶 A 供给途径。接下来，该团队经过脂质代谢工程，即脂质生物组成、水解和降解进程，以将堆集的脂质转化为过氧化物酶体乙酰辅酶 A 库，添加乙酰辅酶 A 的供给。

  ▲图 经过脂质代谢将脂质副产品转化为过氧化物酶体角鲨烯（来历：上述论文）

  实验标明，将脂质副产品转化为过氧化物酶体乙酰辅酶 A 库的进程使得过氧化物酶体中角鲨烯产值添加了 63%。这标明，脂质代谢工程能支撑过氧化物酶体中乙酰辅 A 衍生化学物质的组成。经过发酵工程，以葡萄糖为碳源出产角鲨烯的终究滴度为 32.8 g/L，产值（content）为 446 mg/gDCW，产率为 0.15 g/L/h。“这一些数据证明了咱们构建的工程菌株在规模化和高细胞密度发酵中具有稳健性。”

  接下来，该团队实验了乙酸盐作为组成角鲨烯底物的状况，并提出了共养殖乙酸盐和定量葡萄糖的计划。实验成果为，仅以乙酸盐为碳源发酵组成角鲨烯的滴度为 16.8 g/L，而共养殖办法组成角鲨烯的滴度为 31.6 g/L，共养殖办法相比之下滴度进步了近一倍。

  “这项研讨供给了一种高效高产组成角鲨烯的办法，一起也为在解脂耶氏酵母中根据过氧化物酶体出产其他萜类化合物和乙酰辅酶 A 衍出产品供给了更佳计划。”