記者11月18日從中國科學(xué)院近代物理研究所獲悉，該所科研團(tuán)隊(duì)與蘭州理工大學(xué)合作伙伴一起，最新通過重離子輻射和基因編輯等相關(guān)技術(shù)，并結(jié)合多組學(xué)分析對酵母代謝途徑進(jìn)行精準(zhǔn)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)酵母脂質(zhì)合成能力有效提升。

這項(xiàng)微生物領(lǐng)域重要研究成果論文，近日已在施普林格·自然旗下專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《通訊—生物學(xué)》(Communications Biology)發(fā)表。科研團(tuán)隊(duì)通過該成果方法的實(shí)踐運(yùn)用，證實(shí)微生物菌株在復(fù)雜工業(yè)化場景中的發(fā)酵性能顯著增強(qiáng)，也為生物制造、微生物新菌種資源等方面的進(jìn)一步研究提供有力支撐，具有良好的應(yīng)用前景。

據(jù)科研團(tuán)隊(duì)介紹，微生物誘變育種技術(shù)是獲取優(yōu)良突變體的重要手段之一。盡管重離子輻射的諸多優(yōu)勢使其較傳統(tǒng)誘變技術(shù)更容易獲得優(yōu)良突變體，但誘變技術(shù)普遍存在的隨機(jī)性限制了育種的效率。

酵母作為一種重要的微生物，廣泛應(yīng)用于食品、藥品和生物燃料的生產(chǎn)中。它最有價(jià)值的能力之一是合成脂質(zhì)。脂質(zhì)是在日常生活中應(yīng)用廣泛的高價(jià)值化合物，包括生物燃料、營養(yǎng)補(bǔ)充劑和化妝品等。例如，從酵母中提取的脂質(zhì)可以用作可再生燃料來源或保健品的成分，因?yàn)樗鼈兒杏幸娴闹舅帷?/span>

酵母脂質(zhì)合成的關(guān)鍵因素之一是乙酰輔酶A，這一重要前體充當(dāng)著脂質(zhì)分子的“原材料”，是脂質(zhì)合成必不可少的物質(zhì)。不過，傳統(tǒng)的代謝途徑限制了乙酰輔酶A的有效供應(yīng)和脂質(zhì)的積累，這讓脂質(zhì)的產(chǎn)量不夠高。在本項(xiàng)研究中，為增加脂質(zhì)合成量，科研團(tuán)隊(duì)利用重離子輻射和基因編輯等相關(guān)技術(shù)優(yōu)化酵母代謝途徑，提高乙酰輔酶A的供應(yīng)效率，使酵母能夠生產(chǎn)更多的脂質(zhì)。

通過遺傳操作調(diào)控脂質(zhì)合成的示意圖。雷彩榮、陸棟/供圖

研究過程中，科研團(tuán)隊(duì)利用大科學(xué)裝置——蘭州重離子加速器對酵母進(jìn)行重離子輻射處理，結(jié)合多組學(xué)方法識別并驗(yàn)證了與脂質(zhì)代謝相關(guān)的關(guān)鍵基因ALD4。隨后，他們通過基因編輯技術(shù)上調(diào)ALD4核心代謝中間產(chǎn)物的代謝通量，有效增加脂質(zhì)合成所需前體乙酰輔酶A的供應(yīng)，使乙酰輔酶A水平較之前提高17.10%，從而顯著提高酵母在合成脂類和其他高附加值化合物方面的產(chǎn)量。