在單細胞中心開發的海洋微擬球藻中，脂肪酸分子就像孫悟空手中的金箍棒，其長度精準可調。

本報訊（記者廖洋、通訊員劉佳）脂肪酸在細胞中以能量存儲(chu) 分子、膜脂、信號分子等形式普遍存在，並廣泛應用於(yu) 生物燃料、營養(yang) 與(yu) 健康、材料化工等產(chan) 業(ye) 。作為(wei) 末端含有一個(ge) 羧基的脂肪族碳氫鏈，碳鏈長度是決(jue) 定脂肪酸功能、價(jia) 值和用途的關(guan) 鍵因素之一。

近日，中國科學院青島生物能源與(yu) 過程研究所單細胞中心開發了脂肪酸“全鏈長範圍”“單元鏈長精度”精準可調的工業(ye) 產(chan) 油微藻，並提出工業(ye) 微藻中脂肪酸鏈長調控的分子機製模型。這一成果日前發表於(yu) 《代謝工程》。

據介紹，基於(yu) 碳鏈長度，脂肪酸可分為(wei) 短鏈、中鏈、長鏈和超長鏈4類。超長鏈脂肪酸如花生四烯酸（ARA）和二十碳五烯酸（EPA）等是人類和動物的營養(yang) 補充劑，而長鏈和中鏈脂肪酸不僅(jin) 是動植物脂肪的主要成分，也是抗菌劑、潤滑油、洗滌劑、表麵活性劑和生物柴油等諸多工業(ye) 產(chan) 品的關(guan) 鍵成分。同時，每種鏈長的脂肪酸都有其特殊功能。因此，可持續和環境友好的脂肪酸生產(chan) ，依賴於(yu) “全鏈長範圍”“單元鏈長精度”精準可調的脂肪酸細胞工廠。

作為(wei) 一種“負碳”細胞工廠，工業(ye) 微藻能夠在光能驅動下，將二氧化碳和水規模化轉化成各種鏈長的脂肪酸（從(cong) C8到C22以上），但每種工業(ye) 微藻脂肪酸鏈長組成通常穩定且具有物種特異性，因而難以靈活可控地合成各種鏈長的脂肪酸分子。

針對該瓶頸問題，單細胞中心助理研究員王勤濤聯合大連理工大學副教授馮(feng) 延賓研究小組，在工業(ye) 產(chan) 油微藻——海洋微擬球藻中，發現一個(ge) 定位於(yu) 細胞質中屬於(yu) PKS係統的二類酯酰—ACP硫酯酶NoTE1，能提高C16和C18的含量並降低C20的含量，從(cong) 而可用於(yu) 理性調控長鏈和超長鏈脂肪酸的相對含量。

研究人員進一步發現，來自一種高等植物濕地萼距花的硫酯酶CpTE，能夠大幅提升C8和C10等中鏈脂肪酸在微擬球藻細胞中的比重。因此，大範圍篩選不同物種來源的硫酯酶，對於(yu) 脂肪酸細胞工廠的構建具有重要意義(yi) 。

但是，CpTE的天然結構決(jue) 定了其對於(yu) C8和C10的偏好性，因此難以調控C12的含量。針對此問題，研究人員利用酶工程，理性改造了CpTE與(yu) 底物鏈長選擇性相關(guan) 結構域，成功將其底物偏好性從(cong) C8和C10變成了C12。進一步實驗證實，此命名為(wei) mCpTE的新酶能大幅度提高微擬球藻中C12含量。

研究人員聯合運用代謝工程和蛋白質工程，首次實現了微藻中“全鏈長範圍”“單元鏈長精度”的脂肪酸含量調控。在此基礎上，研究人員還提出微擬球藻合成脂肪酸分子機製模型：細胞利用PKS途徑、去飽和延伸途徑、FAS係統等3條脂肪酸合成途徑，分別修飾不同碳鏈長度脂肪酸鏈長。這一機製模型為(wei) 針對脂肪酸鏈長的工業(ye) 產(chan) 油微藻分子育種提供了新的實驗依據和理論基礎。

記者了解到，在海洋微擬球藻中，單細胞中心前期已示範了基於(yu) 不同飽和度的脂肪酸分子合成“定製化油脂分子”，當前這些發現則進一步證明理性調控脂肪酸鏈長的可行性。這一係列較為(wei) 係統的研究工作，展示了微擬球藻作為(wei) 一種“負碳”油脂細胞工廠服務於(yu) 生物燃料、營養(yang) 與(yu) 健康、材料化工等產(chan) 業(ye) 的巨大潛力。

據悉，該工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金委等資助。

相關(guan) 論文信息：

https://doi.org/10.1016/j.ymben.2021.03.015.