科学网—SSB|代谢工程构建甲酸营养型毕赤酵母表达木聚糖酶
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2026-7-9 13:34
| 系统分类: 科研笔记
近日，上海理工大学张建国教授团队在 Synthetic and Systems Biotechnology 发表题为 “Formatotrophic Komagataella phaffii expressing recombinant xylanase via metabolic engineering”的研究论文。该研究聚焦毕赤酵母重组蛋白表达体系中甲醇依赖带来的安全性与可持续性问题，构建了以甲酸作为唯一碳源的工程化毕赤酵母（Komagataella phaffii，又名Pichia pastoris）底盘，并实现了重组木聚糖酶的高效表达，为一碳原料驱动的绿色生物制造提供了新途径。
【研究背景】
毕赤酵母是一种广泛应用于重组蛋白和高值化合物生产的微生物宿主，也是可持续一碳生物经济发展的关键平台。由于甲醇的易燃、易爆和毒性，甲酸成为另一种重要的可持续生物资源，可作为醇氧化酶1启动子（PAOX1）的无毒诱导剂。甲酸能通过还原二氧化碳大量制备。野生型毕赤酵母无法同化甲酸，且无法仅以甲酸盐作为唯一碳源生长。因此，利用代谢工程手段构建甲酸营养型菌株可以使甲酸成为更具有潜力的诱导物与生长碳源，用于生产高附加值产品。
【研究成果】
研究团队通过代谢工程策略，在过氧化物酶中靶向过表达异源ACS和ACDH酶，构建了甲酸同化通路，使甲酸不仅承担“诱导信号”的作用，还进入细胞碳代谢网络，成为形成生物量和产物的碳源。
进一步，团队采用转录调控和强化代谢步骤的方式进行通路优化：一方面过表达转录激活因子Mit1，提高ACS-ACDH模块转化效率；另一方面，过表达二羟基丙酮合酶DAS1和核酮糖-5-磷酸-3-差向异构酶RPE，强化Xu5P代谢通路，促进甲酸同化与产物表达。最终，工程化毕赤酵母在基础盐培养基中以甲酸作为唯一碳源时，比生长速率为0.012 h⁻¹，重组木聚糖酶表达水平达到30.9 U/(mL·OD600)。
团队进一步采用13C同位素示踪方法分析甲酸的代谢流向。结果表明，甲酸被整合进入氨基酸、核苷酸以及结构性碳水化合物等物质的代谢。这一结果表明工程菌株已从“可感知甲酸、可响应甲酸”迈向“可利用甲酸完成生长和表达”的新阶段。
【总结与展望】
该研究成功构建了甲酸营养型毕赤酵母表达平台，实现了甲酸作为唯一碳源条件下的细胞生长与重组木聚糖酶表达。这项工作表明一碳小分子不仅可以作为诱导因子，更有望成为新一代微生物细胞工厂的核心原料，为低风险、低碳化、可持续的蛋白质生物制造开辟了新方向。
从应用角度看，甲酸具备安全性高、储运便利、与二氧化碳资源化利用衔接紧密等优势，因此该研究在工业酶制剂生产、重组蛋白制造以及绿色生物过程开发等领域具有良好前景。基于一碳底物的毕赤酵母细胞工厂有望在绿色生物制造中发挥更大作用。
【原文信息】
Formatotrophic Komagataella phaffii expressing recombinant xylanase via metabolic engineering
Ziwei Zhou, Bing Liu, Wenjie Cong, Hualan Zhou, Yu Zheng, Jianguo Zhang
https://doi.org/10.1016/j.synbio.2025.11.015
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