Thraustochytrid Marine Protists: Production of PUFAs and Other Emerging Technologies

作者: Seshagiri Raghukumar
杂志: Marine Biotechnology（2008）
DOI: 10.1007/s10126-008-9135-4
所属领域: 代谢工程
关键词: AdaptationsBiotechnologyCarotenoidsDHAPUFAsThraustochytrids
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解决的核心问题

利用海洋破囊壶菌（thraustochytrids）生产二十二碳六烯酸（DHA）等Omega-3多不饱和脂肪酸及其他高价值产物，并探索其生物技术潜力。

研究策略

系统综述破囊壶菌的筛选、培养基与培养条件优化、大规模发酵生产、基因工程（FAS与PKS-like PUFA合成通路）以及类胡萝卜素、胞外多糖等副产物的研究进展。

研究路线图

100%

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核心内容

该文系统综述了海洋破囊壶菌在Omega-3多不饱和脂肪酸等生物活性产物生产方面的研究进展。作者梳理了菌株筛选、培养基优化、大规模发酵及基因工程等关键环节，重点介绍了非氯化钠盐培养基以避免设备腐蚀、低氧条件促进裂殖壶菌DHA积累，以及PKS-like PUFA合成途径的鉴定。异源表达Δ4脱饱和酶已在酵母和芥菜中实现，为DHA的植物来源生产提供了新思路。已有菌株发酵水平可观，如Schizochytrium limacinum SR21在4天发酵中获得48.1 g/L生物量，DHA产量达13.3 g/L；Martek商业工艺更是实现了高达40 g/L的DHA产量。此外，破囊壶菌还能积累虾青素（6.1 mg/L）、角黄素（10 mg/L）及硫酸化胞外多糖（1.1 g/L）等副产物。这些结果表明破囊壶菌不仅是DHA商业生产的成熟平台，也有望成为ARA、类胡萝卜素和角鲨烯等多种高价值化合物的来源，深入的基础生物学和基因组研究将进一步拓展其生物技术应用空间。

创新点

提出非氯化钠盐（硫酸钠）培养基避免腐蚀；发现低氧条件更有利于Schizochytrium的DHA积累；鉴定出PKS-like PUFA合成途径及其基因；报道了Δ4脱饱和酶在酵母和芥菜中的异源表达；开发了在低温储存和增加培养基粘度提高DHA的辅助策略。

研究对象（5）

底盘细胞	代谢通路	基因	蛋白	功能	说明
Schizochytrium limacinum SR21	DHA生物合成（PKS-like PUFA合成途径）	PUFA合酶基因（3个开放阅读框）	PUFA合酶	催化	高产DHA达13.3 g/L，低氧促进DHA积累
Thraustochytrium sp. ATCC 26185	常规脂肪酸合成（FAS）途径	Δ4脂肪酸脱饱和酶基因	Δ4脱饱和酶	催化	催化DPA(22:5ω3)转化为DHA(22:6ω3)
Schizochytrium sp. ATCC 20888	PKS-like PUFA合成途径	PUFA合酶基因（11个结构域）	PUFA合酶	催化	该途径与细菌PUFA合酶同源，不依赖氧
Saccharomyces cerevisiae	异源表达DHA合成途径	来自Thraustochytrium的Δ4脱饱和酶基因	Δ4脱饱和酶	催化	异源表达成功
Brassica juncea	异源表达DHA合成途径	来自Thraustochytrium的Δ4脱饱和酶基因	Δ4脱饱和酶	催化	芥菜中异源表达

关键发现

筛选得到的破囊壶菌菌株可产生至少50%生物量为脂质，DHA占总脂肪酸的25%以上，产量至少5 g/L
Schizochytrium limacinum SR21在4天发酵中获得48.1 g/L生物量、77%脂质、43.1% DHA（13.3 g/L）
Martek商业工艺可产170–210 g/L干重，其中约50%为脂质，DHA含量为脂质的50%，最终DHA产量高达40 g/L
Thraustochytrium sp. ONC-T18产31.5% DHA（4.6 g/L）
一株Schizochytrium在4天积累6.1 mg/L虾青素、10 mg/L角黄素和8 mg/L β-胡萝卜素
破囊壶菌可产生高达1.1 g/L的硫酸化胞外多糖。

研究结论

破囊壶菌是DHA商业生产的成熟微生物，也是ARA、DPA等其他PUFAs、类胡萝卜素、角鲨烯、胞外多糖等生物活性产物的潜在来源；进一步的基础生物学、基因组和生态学研究将推动更多生物技术应用。