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近日，我所生物技術研究部合成微生物學研究組（1823組）周雍進研究員團隊在構建高效細胞工廠方面取得新進展。研究團隊以釀酒酵母為宿主，通過壽命改造提高了細胞在發酵過程的活力，結合代謝工程改造，提升了香紫蘇醇的合成效率。
香紫蘇醇是一種來源于香紫蘇的二萜醇類化合物，在醫藥和農藥領域具有重要的生物活性，且是合成高級香料降龍涎醚的主要原料。研究團隊前期通過全局調控中心代謝途徑，將香紫蘇醇產量提升至11 g/L（Metab. Eng.，2023）。然而，在長期的補料分批發酵過程中，細胞老化和有毒代謝物積累所引起的代謝應激反應，限制了細胞的生產性能。因此，通過提高酵母的壽命，有望提升細胞生物合成能力。
在本研究中，團隊以高產香紫蘇醇的底盤菌株為基礎，從營養感知、線粒體自噬、蛋白質穩定性和基因組穩定性四個方面，系統改造了其細胞壽命。結果表明，在弱化營養感知的同時增強線粒體自噬，并結合代謝途徑優化，可使香紫蘇醇產量提升至25.9 g/L。組學分析顯示，該策略通過延長細胞壽命和調控代謝基因的表達，增強了中心代謝通量和細胞魯棒性，從而提升了細胞在生長后期的產物合成效率。此外，該壽命改造策略同樣有利于倍半萜和酚酸類化合物的生物合成，表明該策略具有一定的普適性，為構建高效細胞工廠提供新策略和理論指導。相關技術已獲專利授權并實現成果轉化，具備百噸級香料年產能。
相關研究成果以“Engineering chronological life span toward a robust yeast cell factory”為題，于近日發表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）上。該工作的共同第一作者是我所1823組訪問學者吳祖林和1823組高教琪副研究員。該工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院國際合作基金、遼寧濱海實驗室等項目的資助。（文/圖 吳祖林、高教琪）
