绿色化学突破：酵母助力环保脂肪酸生产

摘要：脂质的生物生产是一种生产燃料和化学品的可持续方法。酵母被认为是安全的，并通过先进的合成生物学和代谢工程工具得到增强，正成为工业应用的多功能宿主。然而，脂类在酵母菌种主要以三酰甘油的形式积累，不适合工业用途。因此，人们一直致力于在酵母中直接生产游离脂肪酸及其衍生物，如脂肪醇、脂肪醛和脂肪酸乙酯。该综述全面概述了生产游离脂肪酸及其衍生物的酵母代谢工程策略，探讨了可持续工业脂质生产目前面临的挑战和未来前景，特别是重点研究了使酵母能够利用二氧化碳、甲醇和醋酸等替代碳源的工程策略，从而超越了传统的糖类。这篇综述将为进一步推进利用酵母进行环境友好型和经济可行型脂质生产技术提供指导。

随着全球对可持续能源和化学品需求的增加，生物基生产方法越来越受到重视。游离脂肪酸（FFAs）及其衍生物在多个行业中扮演着重要角色，包括作为生物燃料和化学品的前体。传统的FFAs生产依赖于植物油脂，这不仅需要大量土地，还面临原料供应的挑战。因此，利用微生物，特别是酵母，通过代谢工程改造来直接生产FFAs及其衍生物，成为了一个有前景的研究方向。

2024年12月27日，庆熙大学Eun Yeol Lee教授及其团队在Journal of Biological Engineering发表题为“Advanced metabolic Engineering strategies for the sustainable production of free fatty acids and their derivatives using yeast”的综述文章。这篇综述全面研究旨在增强酵母中脂肪酸及其衍生物（FA、FAEE和FALK）生物合成的代谢工程策略的最新进展，此外，本综述旨在介绍在酵母中代谢二氧化碳和甲醇的策略，并讨论脂质代谢方法。本综述还将介绍未来基于C1化合物的直至生产研究的有效策略，说明基于酵母的生物技术应用的潜在进展，有助于实现环保和可再生能源的未来。

在微生物系统中，脂质通常以三酰甘油（TAGs）的形式储存，这限制了它们的直接可用性。然而，与RAGs相比，FFAs是各种合成化合物的重要前体，对广泛的工业应用至关重要，因此，生物合成FFAs是一种高度可行且经济上可行的方法。在一些代谢工程策略中，科学家通过增强乙酰辅酶A和丙二酰辅酶A库、阴道脂肪酰基辅酶A产生FFA，已知TAG、SE和磷脂合成、抑制β-氧化、增强辅助因子（NADPH）供应等方法增加酵母生产FFAs的产量。通过代谢工程策略，科学家们已经能够在酵母中生产FFAs，这些FFAs是合成各种工业化学品的重要前体。与传统的TAGs相比，FFAs可以积累到更高的水平，并且可以用于合成烷烃和脂肪醇等。

使用FFA或脂肪酰基辅酶A作为起始底物，在酵母体内合成脂肪醇、脂肪烷基乙酯和脂肪烷烃（图2）的各种工程策略已被广泛研究。酵母工程已经扩展到生产其他基于FFA的产品，这些产品在润滑剂、表面活性剂、化妆品、制药和农业化学品等多个领域都有应用。该研究还探索了利用二氧化碳、甲醇和醋酸等非传统碳源在酵母中生产FFAs的策略，这有助于减少对传统糖源的依赖，并提高生产过程的可持续性。

图1 在酵母中产生FFA的代谢工程策略的示意图概述

图2 在酵母中生产FA、FAEE和FALK的代谢工程策略的示意图概述

该综述还探索了利用CO2、甲醇和醋酸等非传统碳源在酵母中生产FFAs的策略，这有助于减少对传统糖源的依赖，并提高生产过程的可持续性。例如，通过代谢工程和合成生物学的进步，以及几种酵母物种被归类为公认为安全（GRAS）的状态，基于酵母的平台吸引了显著的关注。

通过酵母实现游离脂肪酸及其衍生物的可持续生产，为生物燃料和化学品的绿色生产提供了新的可能性。这一领域的研究进展，不仅有助于减少温室气体排放，也为实现可持续工业实践提供了技术支持。这项研究不仅提供了酵母代谢工程策略的综合概述，还探讨了可持续工业脂质生产的当前挑战和未来前景。特别关注了使酵母能够利用替代碳源的工程策略，这将指导未来在利用酵母进行环境友好和经济可行的脂质生产技术方面的进一步进展。

参考文献：Tisa Rani Saha, Nam Kyu Kang and Eun Yeol Lee. Advanced metabolic Engineering strategies for the sustainable production of free fatty acids and their derivatives using yeast. Jounal of Biological Engineering. Published 27 December, 2024. doi:10.11866/s13036-024-00473-w.