香茅醇，一种散发着清新柠檬香气的单萜类化合物，凭借其独特的香味和生物活性，在香料、医药、化妆品以及生物燃料等多个领域备受青睐。然而，传统香茅醇的生产方式，多依赖于植物提取，不仅效率低下、成本高昂，还面临着资源短缺和环境污染等诸多问题，难以满足日益增长的市场需求。酵母，作为一种广泛应用于生物技术领域的微生物，因其快速生长、易于培养、遗传操作简便等优势，成为合成生物学家眼中的“宠儿”。近年来，随着合成生物学和代谢工程的飞速发展，利用酵母进行生物合成逐渐成为一种极具潜力的生产方式。通过系统工程手段对酵母进行改造，有望突破传统生产方式的瓶颈，实现香茅醇的高效、绿色、可持续生产。这不仅将为香茅醇的广泛应用提供坚实的物质基础，也将为其他生物活性化合物的微生物合成开辟新的道路，推动整个生物技术产业的创新发展。

2025年6月6日，天津大学化工学院肖文海、王颖和元英进及其团队在Journal of Agricultural and Food Chemistry发表题为“Systematic Engineering To Enhance Citronellol Production in Yeast”的研究性论文。该研究通过一系列代谢调控措施，成功构建了具有高效香茅醇合成能力的酵母平台菌株。

图1 文献基本信息

在该研究中，为了提高酵母生产香茅醇的效率，研究人员首先对酵母的代谢网络进行了全面而深入的分析。他们发现，在酵母的代谢途径中，存在多个关键节点，这些节点对于香茅醇的合成起着至关重要的作用。通过对这些关键代谢节点的精细调控，可以有效增强香茅醇合成途径的代谢流量。基于这一认识，研究人员采用了基因工程手段，对相关基因进行了一系列的改造。他们成功地增强了酵母中负责香茅醇合成的GPP合成酶的表达水平，这一关键酶的活性提升，使得香茅醇合成途径的代谢流量得到了显著增强。同时，研究人员还巧妙地降低了与香茅醇竞争前体物质的其他代谢途径的活性。通过这种“开源节流”的策略，有效地减少了前体物质的浪费，进一步提高了香茅醇的产量。在这一阶段的改造中，酵母的香茅醇产量已经取得了初步的提升，为后续的优化工作奠定了坚实的基础。

在初步优化酵母代谢途径的基础上，研究人员进一步将目光聚焦于关键酶的性能提升。他们深知，即使代谢途径得到了优化，但如果关键酶的催化效率和稳定性不足，也难以实现香茅醇产量的大幅提高。因此，研究人员采用了蛋白质工程这一先进的技术手段，对GPP合成酶进行了深度改造。他们结合定向进化和理性设计两种方法，对GPP合成酶的氨基酸序列进行了精心的改造。通过大量的筛选和测试，研究人员成功筛选出了具有更高活性和稳定性的突变体。这些突变体不仅在催化效率上有了显著提升，而且在不同环境条件下都能保持稳定的活性。将这些改造后的酶重新引入酵母细胞后，酵母的香茅醇合成效率得到了进一步的增强。经过这一系列的系统工程改造，酵母的香茅醇产量最终实现了质的飞跃，比未改造的酵母提高了数倍。这一成果不仅展示了系统工程在微生物代谢改造中的强大潜力，也为香茅醇的高效生物合成提供了一种全新的解决方案。

本研究通过系统工程的方法，对酵母进行了一系列的代谢途径改造和关键酶的优化，成功提高了香茅醇的产量。这不仅为香茅醇的生物合成提供了一种新的高效生产途径，也为其他生物活性化合物的微生物合成提供了宝贵的经验和参考。通过进一步的优化和改进，有望实现香茅醇的大规模工业化生产，从而降低生产成本，减少环境污染，满足市场对香茅醇的需求。

该研究展示了系统工程在微生物代谢改造中的强大潜力，提醒我们在面对复杂的生物合成问题时，可以综合运用多种工程技术手段，从整体上优化生物系统的功能。这对于推动生物技术领域的发展，开发更多具有应用价值的生物产品具有重要的启示意义。

参考文献：

Qi Gao, Herong Wang, Mengying Shan, et al. Systematic Engineering To Enhance Citronellol Production in Yeast. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2025 Jun 18;73(24):15189-15198.. DOI: 10.1021/acs.jafc.5c01411.