科研人員開發出“油脂結構定制化”的微藻細胞工廠

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国产v亚洲v天堂a甘油三酯(TAG)是地球上能量載荷最高、結構最多元的生物大分子之壹,因此它們是地球上動物、植物和人體中能量與碳源的存儲載體與通用貨幣,也是生物柴油的重要來源。每個TAG分子由壹個甘油分子和其上搭載的三個脂肪酸(FA)分子構成,後者的飽和度與碳鏈長度等特征,決定了TAG分子的營養功效、燃油特性與經濟價值。是否能夠“定制化設計”TAG上這三個FA的組成,來服務於精準健康與特種生物燃料合成呢?中國科學院青島生物能源與過程研究所單細胞中心證明,自然界中存在對於二十碳五烯酸(EPA)、亞油酸(LA)等多不飽和脂肪酸分子(PUFAs)具有選擇性的II型二酰甘油酰基轉移酶(DGAT2),並基於此示範了TAG之PUFA組成“定制化”的工業微藻細胞工廠。這壹發現為利用合成生物學手段,生產自然界不存在或稀有的、具有特殊燃料特性或營養功效的“特種TAG”打開了大門。這壹成果在線發表於Molecular Plant。

 

微擬球藻(Nannochloropsis spp.)是壹種能夠將陽光、海水和二氧化碳直接轉化為TAG的工業產油微藻,在世界各地作為壹種燃料細胞工廠和高值餌料藻規模培養。其藻油中同時含有飽和脂肪酸(SFAs)、單不飽和脂肪酸(MUFAs)與PUFAs。如果MUFAs含量高,藻油較適合作為優質液體燃料,服務於能源市場;而如果PUFAs含量高,藻油則更適合作為人體保健品。單細胞中心前期在微擬球藻發現了三個DGAT2,分別對於SFAs、MUFAs和PUFAs這三大類FA具有壹定的底物偏好性(Xin, et al, Mol Plant, 2017)。但是,PUFAs中涵蓋了數十種不同飽和度和鏈長的FA分子,其化學特性不同、營養功效各異,能否在單種PUFA分子的精度,實現TAG分子的理性設計呢?

 

針對上述問題,青島能源所單細胞中心辛壹、申琛等人在微擬球藻中又發現了兩個全新的DGAT2蛋白元件,它們均在葉綠體上參與了TAG組裝,卻分別對二十碳五烯酸(EPA)和亞油酸(LA)具有特異的底物偏好性。繼而通過在微擬球藻中調節上述DGAT2的轉錄水平,實現了TAG分子上EPA和LA組成的理性控制(圖1)。EPA和LA均屬於“人體必需脂肪酸”,人體自身無法合成,必須從食物中獲得。EPA對於治療冠狀動脈心臟病、高血壓和炎癥有效,而LA則能降低血液膽固醇,預防動脈粥樣硬化。因此,工業微藻TAG中EPA和LA組成可控性的證明,為大規模、低成本合成自然界中稀少或不存在、卻具特殊藥物功效或燃料特性的TAG分子奠定了基礎。同時,這種通過利用油脂組裝元件之間不同的底物選擇性,來理性設計TAG分子結構的方法,為基於工業微藻乃至動植物底盤來規模生產“精準燃料”和“精準營養”提供了嶄新思路。

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