Capturing of the monoterpene olefin limonene produced in Saccharomyces cerevisiae
- 作者
- Esmer Jongedijk, Katarina Cankar, Jorn Ranzijn, Sander van der Krol, Harro Bouwmeester, Jules Beekwilder
- 单位
- Laboratory of Plant Physiology, Wageningen University, The Netherlands; Plant Research International, Wageningen, The Netherlands
- 杂志
- Yeast（2014）
- DOI
- 10.1002/yea.3038
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
在酿酒酵母中异源生产单萜烯烃柠檬烯，并解决其高挥发性导致产物难以回收的问题。
研究策略
利用表达突变型Erg20（K197G）的酿酒酵母菌株AE9 K197G，异源表达来自Perilla frutescens和Citrus limon的柠檬烯合酶（全长或去除质体信号肽的截短形式），并系统比较戊烷萃取、SPME、十二烷覆盖和连续顶空捕集四种产物回收方法的效率。
核心内容
该研究在酿酒酵母AE9 K197G菌株中异源表达来自紫苏和柠檬的柠檬烯合酶（包括全长及截去质体信号肽的版本），分别合成(-)-和(+)-柠檬烯，并系统比较了戊烷萃取、SPME、十二烷覆盖及连续顶空捕集四种产物回收方法。结果显示，常规萃取和SPME均无法检测到柠檬烯，而连续顶空捕集显著优于十二烷覆盖，产量提高4-8倍，其中截短紫苏酶菌株获(-)-柠檬烯0.49 mg/L，截短柠檬酶菌株获(+)-柠檬烯0.12 mg/L。截短酶菌株的产率也远高于全长酶菌株，最高达24 μg/L/h。该工作证明高挥发性单萜烯烃在常规摇瓶培养中会迅速逸失至顶空，连续顶空捕集能有效捕获产物并大幅提升可回收产量，为挥发性萜类化合物的微生物合成提供了高效产物回收策略。
创新点
['在酵母中异源表达两种对映体特异性的柠檬烯合酶，分别产生(+)-和(-)-柠檬烯', '系统比较了四种挥发性单萜捕获方法，证实连续顶空捕集显著优于溶剂萃取和SPME', '证明单萜醇（如芳樟醇、香叶醇）主要由突变FPP合酶导致的溶剂解作用生成，而非磷酸酶活性']
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae AE9 K197G | 甲羟戊酸（MVA）通路 | ERG20(K197G) | 突变的法尼基焦磷酸合酶 Erg20 | 催化 | 突变体将碳流向导向GPP生成，为单萜合成提供前体 |
| Saccharomyces cerevisiae AE9 K197G | 单萜生物合成通路 | CILS/CltLS | (+)-柠檬烯合酶（来自Citrus limon） | 催化 | 全长或截短形式，将GPP转化为(+)-柠檬烯 |
| Saccharomyces cerevisiae AE9 K197G | 单萜生物合成通路 | PfLS/PftLS | (-)-柠檬烯合酶（来自Perilla frutescens） | 催化 | 全长或截短形式，将GPP转化为(-)-柠檬烯 |
| Saccharomyces cerevisiae AE9 K197G | 辅助氧化还原 | CPR1 | NADPH-细胞色素P450还原酶（来自拟南芥） | 能量供给 | 为可能的细胞色素P450氧化反应提供电子，本研究中作为共表达对照 |
关键发现
顶空捕集法获得(+)-柠檬烯0.12 mg/L和(-)-柠檬烯0.49 mg/L，而十二烷覆盖法仅获得0.028 mg/L和0.060 mg/L，顶空捕集产量高4-8倍。截短的Perilla柠檬烯合酶菌株（Sc-PfLS）最大产率为24 μg/L/h，截短的Citrus菌株（Sc-CtLS）为3.6 μg/L/h，全长Perilla和Citrus菌株分别为8 μg/L/h和0.4 μg/L/h。戊烷萃取和SPME法均未检测到柠檬烯。
研究结论
柠檬烯等高挥发性单萜烯烃在摇瓶发酵中会迅速逸失至顶空，常规取样萃取法无法有效回收；采用连续顶空捕集可显著提高回收产量，为挥发性萜类的生物技术生产提供了高效回收策略。