Engineering Saccharomyces cerevisiae Fatty Acid Composition for Increased Tolerance to Octanoic Acid
- 作者
- Pamela B. Besada-Lombana, Ruben Fernandez-Moya, Jacob Fenster, Nancy A. Da Silva
- 单位
- Department of Chemical Engineering and Materials Science, University of California, Irvine
- 杂志
- Biotechnology and Bioengineering（2017）
- DOI
- 10.1002/bit.26288
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
辛酸（C8）对酿酒酵母的膜毒性限制了其微生物法生产，需要提高菌株对辛酸的耐受性。
研究策略
通过表达乙酰-CoA羧化酶突变体Acc1S1157A，增加细胞内油酸（C18:1）的比例，改变膜脂肪酸组成，增强膜稳定性与完整性，从而缓解辛酸毒性。
核心内容
该研究通过代谢工程改造酿酒酵母的脂肪酸组成，以增强其对辛酸的耐受性。研究者将乙酰-CoA羧化酶突变体Acc1S1157A引入BY4741菌株，内源提高油酸（C18:1）的合成比例，从而改变细胞膜脂肪酸构成。结果显示，表达该突变体后，无辛酸条件下油酸比例从26%升至79%（提高3.1倍），而在0.7mM辛酸存在下仍保持64%；细胞在0.9mM辛酸胁迫24小时后的密度比基线菌株高10倍，1.2mM处理36小时后OD600提升19倍；最小抑制浓度从1.25mM提高到2.5mM，生长速率在0.7mM辛酸下增加84%。镁离子泄漏降低11倍，表明膜完整性显著增强。该方法还对己酸、正丁醇和2-丙醇等膜毒性化合物具有广谱耐受性，细胞密度分别提高29倍、3.2倍和1.8倍。该策略通过内源油酸积累增强膜稳定性，为酿酒酵母生产短链及中链脂肪酸等生物基化学品提供了可行思路。
创新点
首次通过内源合成油酸（而非外源添加）实现对辛酸毒性的显著耐受；获得的油酸比例（无挑战79%，有挑战64%）为目前报道最高；同时验证该方法对己酸、正丁醇、2-丙醇等膜应激物具有广谱适用性。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae BY4741 | 脂肪酸合成途径 | ACC1 | Acc1S1157A | 催化 | 乙酰-CoA羧化酶突变体（丝氨酸1157突变为丙氨酸），防止Snf1介导的磷酸化失活，提高丙二酰-CoA合成，增加总脂肪酸和油酸比例。 |
关键发现
- 表达Acc1S1157A使油酸比例在无辛酸时提高3.1倍（从26%升至79%），有0.7mM辛酸时提高1.6倍
- 在0.9mM辛酸胁迫24h后细胞密度比基线菌株高10倍
- 在1.2mM辛酸处理36h后OD600提高19倍
- 生长速率在0.7mM辛酸存在下提高84%
- 最小抑制浓度（MIC）从基线的1.25mM提高到2.5mM
- 镁离子泄漏降低11倍，表明膜完整性显著增强
- 对己酸、正丁醇、2-丙醇的耐受性细胞密度分别比基线高29倍、3.2倍、1.8倍。
研究结论
通过表达Acc1S1157A增加油酸合成，显著改变膜脂肪酸组成（更长链、更高饱和比例），增强膜完整性和降低通透性，从而有效缓解辛酸及其他膜毒性化合物的抑制作用，为改善酿酒酵母生产短链和中链脂肪酸等生物基化学品提供可行策略。