Biotechnology of non-Saccharomyces yeasts—the basidiomycetes
- 作者
- Eric A. Johnson
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2013）
- DOI
- 10.1007/s00253-013-5046-z
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
担子菌酵母（非酿酒酵母）在生物技术中的潜力和应用尚未被充分认识，本文综述其在工业酶、代谢产物、生物修复等方面的现状与前景。
研究策略
对担子菌酵母主要属种（如Xanthophyllomyces、Rhodotorula、Trichosporon、Pseudozyma、Cryptococcus等）的生物技术应用进行文献综述与案例分析。
核心内容
担子菌酵母作为非酿酒酵母的一大类群，在生物技术领域的应用潜力长期未获充分认识。该综述系统梳理了Xanthophyllomyces、Rhodotorula、Trichosporon、Pseudozyma、Cryptococcus等代表属种的工业应用现状，重点总结了其与子囊菌酵母在氧化分解代谢、耐冷酶系、类胡萝卜素合成及霉菌毒素降解等方面的独特优势。文中引用了大量具体案例：野生Xanthophyllomyces dendrorhous产虾青素0.05–0.5 mg/g干重，而工业菌株可达4–15 mg/g DCW，发酵细胞密度最高可超50 g DCW/L；Pseudozyma antarctica NRRL产衣康酸达30 g/L；Cryptococcus curvatus利用甘油积累三酰甘油至生物量60%；Rhodotorula glutinis可吸收铀，Cryptococcus spp.可降解塑料。这些数据表明，担子菌酵母在生物修复、工业酶和天然产物生产方面具有重要价值，但因研究起步晚、基因组资源尚在发展，大部分物种仍未得到系统开发，是未来合成生物学和代谢工程值得关注的底盘资源。
创新点
系统总结了担子菌酵母与子囊菌酵母的差异，强调了其氧化分解代谢、耐冷酶、类胡萝卜素和霉菌毒素降解等独特优势，并指出其基因组资源正在发展。
研究对象（10）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Xanthophyllomyces dendrorhous (Phaffia rhodozyma) | 虾青素合成 | crtS | 细胞色素P450羟化酶 | 催化 | 负责β-胡萝卜素向虾青素的转化 |
| Xanthophyllomyces dendrorhous | 萜类合成 | Cop6 | α-荜澄茄烯合酶 | 催化 | 异源表达Coprinus cinereus的Cop6基因，合成α-cuprenene |
| Rhodotorula spp. | 苯丙氨酸代谢 | — | 苯丙氨酸解氨酶 (PAL) | 催化 | 用于治疗苯丙酮尿症及合成L-苯丙氨酸甲酯 |
| Rhodotorula mucilaginosa | 类胡萝卜素合成 | — | — | 催化 | 产生torularhodin等类胡萝卜素，保护免受光照损伤 |
| Trichosporon spp. | 芳香化合物降解 | — | 黄素蛋白单加氧酶 | 催化 | 降解酚类、芳香族污染物及霉菌毒素 |
| Pseudozyma antarctica | 脂质代谢 | — | 脂肪酶 | 催化 | 工业脂肪酶来源，也用于合成生物柴油 |
| Pseudozyma antarctica NRRL Y-7808 | 衣康酸生物合成 | — | — | 催化 | 以葡萄糖为底物在好氧发酵中产生30 g/L衣康酸 |
| Cryptococcus spp. | 多糖降解 | — | 冷适应木聚糖酶/角质酶 | 催化 | 降解塑料和木质纤维素 |
| Sporobolomyces carnicolor | 脂质积累 | — | — | 催化 | 从葡萄糖、戊糖和多糖积累细胞脂质至生物量的50% |
| Cryptococcus curvatus | 三酰甘油合成 | — | — | 催化 | 利用甘油积累三酰甘油至生物量的60% |
关键发现
- 野生X. dendrorhous产虾青素0.05–0.5 mg/g干重，工业菌株达4–15 mg/g DCW，荧光分析估计最高15–20 mg/g DCW
- X. dendrorhous发酵细胞密度可达≥50 g DCW/L
- Rhodotorula buffonii催化黄酮合成收率48%（对比Candida pini 19%、Wickerhamomyces anomalus 17%）
- Pseudozyma antarctica NRRL产衣康酸30 g/L
- Sporobolomyces carnicolor从碳水化合物积累脂质至生物量50%
- Cryptococcus curvatus利用甘油积累三酰甘油至生物量60%
- Rhodotorula glutinis可吸收铀
- Cryptococcus spp.可降解塑料等。
研究结论
担子菌酵母进化上与子囊菌不同，常栖居于叶际、高海拔、海洋和冷环境，具有独特的氧化代谢和抗逆产物，在生物修复、工业酶和天然产物生产方面具有重要潜力，但由于研究起步晚，大部分尚未开发。