陈坚院士团队周景文教授课题组研究成果：利用多途径协同工程策略在酿酒酵母中高效生产柚皮素

近日，ACS Sustainable Chemistry & Engineering在线发表了江南大学未来食品科学中心陈坚院士团队周景文教授课题组的研究成果“Synergetic Engineering of Multiple Pathways for De Novo (2S)-Naringenin Biosynthesis in Saccharomyces cerevisiae” (Li et al., ACS Sustain. Chem. Eng. 2024, 12, 1, 59-71)。江南大学2023级博士后李宏彪为论文第一作者，周景文教授为论文通讯作者。

成果介绍

柚皮素(Naringenin)是黄酮类化合物重要骨架之一。以柚皮素为骨架的衍生物已被开发应用在制药、食品和健康产业领域。目前，柚皮素的生产方法主要是从橙皮中提取，但该方法存在生产效率低、提取成本高和地域限制等问题，不符合绿色发展理念。人工构建微生物细胞工厂在合成黄酮类化合物方面显示出独特的优势，已成为国际工业生物技术研究的焦点。柚皮素是黄酮类化合物的核心骨架，构建高水平合成柚皮素的平台菌株有助于高附加值黄酮类化合物的生产。以往研究已经证明模式微生物能够异源合成柚皮素，但研究中存在的问题也很明显，如存在多种反馈抑制调节机制和多条副产物分支代谢途径，关于途径优化调控的研究较少，缺乏足够的精细调控措施。这些因素限制了黄酮类化合物在微生物细胞工厂中的高效合成。

因此，针对以上问题，江南大学食品合成生物学与生物制造团队研究人员利用多途径协同工程策略在酿酒酵母中高效生产柚皮素的高效合成。首先，对莽草酸和芳香氨基酸合成途径基因的表达进行了优化。通过集中利用芳香族氨基酸和引入异源磷酮糖途径，将碳通量重定向到柚皮素的生物合成途径中。然后，通过替换内源性烯酰辅酶A还原酶为植物同源酶，减少了副产物的积累。随后，过表达内源丙二酰辅酶A合成途径基因和引入乙醛脱氢酶途径促进了柚皮素的合成。进一步利用亚细胞器碳通量调控策略使柚皮素产量提高到986.2 mg/L。最后，经5-L生物反应器发酵，柚皮素的产量达到3420.6 mg/L 。这是目前报道的微生物合成柚皮素的最高产量，为微生物合成高附加值黄酮类化合物提供了重要的参考。

图1 酿酒酵母异源合成柚皮素的系统代谢工程

图2 碳转运策略和发酵优化提高柚皮素的产量