Monascus pilosus DBM 4361在淹没式液体培养中的色素形成

《Journal of Agricultural and Food Chemistry》：Pigment Formation by Monascus pilosus DBM 4361 in Submerged Liquid Culture

Monascus pilosus在 submerged liquid culture中主要合成五碳侧链结构的黄色色素monascuspiloin，其产量受葡萄糖/铵盐抑制和碳氮源组合调控，与M. purpureus的七碳色素形成对比，且不产生毒性副产物。

　　在本研究中，科学家们聚焦于一种名为 *Monascus pilosus* 的真菌，探讨其在液体培养条件下（submerged liquid culture, SLC）的色素合成机制。*Monascus pilosus* 通常以稻米为培养基质，因其能够合成具有降胆固醇作用的单醋酸内酯（monacolin K）。然而，该菌株在液体培养中表现出与 *M. purpureus* 和 *M. ruber* 不同的色素合成模式，尤其在培养基成分和环境条件对色素生成的影响方面。研究发现，*M. pilosus* 在液体培养中主要合成五碳侧链的化合物，其中以单醋酸内酯（monascuspiloin）为主，这种化合物在结构上与单醋酸（monascin）类似，但具有不同的生物活性。

研究团队首先对 *Monascus* sp. DBM 4361 进行了鉴定，确认其为 *M. pilosus*，并利用该菌株进行了一系列实验，探索不同碳源和氮源对色素合成的影响。通过比较不同培养条件下的色素产量，他们发现使用有机氮源（如酵母提取物、胰蛋白胨）能够显著提高色素的合成。例如，在使用蔗糖和胰蛋白胨的组合下，黄色色素的产量达到 346 mg/L；在使用乳糖和胰蛋白胨的组合下，红色色素的产量达到 75 mg/L。这些结果表明，有机氮源在促进 *M. pilosus* 色素合成方面具有重要作用。

此外，研究还发现，葡萄糖作为碳源可能会对色素合成产生抑制作用，这可能与碳分解代谢阻遏（carbon catabolite repression, CCR）有关。CCR 是一种常见的调控机制，通常在细菌和真菌中观察到，用于调节对单糖和双糖的代谢优先级。然而，本研究中发现，即使在高浓度的葡萄糖条件下，*M. pilosus* 的色素合成仍然受到显著抑制。这一现象可能与 CCR 相关，但也可能涉及其他复杂的代谢调控机制。因此，研究团队推测，葡萄糖的存在可能通过某种方式干扰了色素合成所需的代谢途径，导致其产量下降。

值得注意的是，*M. pilosus* 在液体培养中不会产生霉菌毒素（如 citrinin），这使其在食品工业和生物活性物质生产中具有显著优势。然而，其色素产量通常低于 *M. purpureus*，因此研究团队希望通过优化培养条件来提高 *M. pilosus* 的色素合成能力。在实验中，他们尝试了不同的碳源和氮源组合，并观察到某些特定的条件能够显著提升色素的产量。例如，使用阿拉伯糖（arabinose）作为碳源，并结合胰蛋白胨作为氮源，能够显著提高黄色和橙色色素的产量。此外，研究还发现，某些条件（如较高的 NaCl 浓度）能够诱导 *M. pilosus* 的代谢变化，从而影响色素的合成。

研究中还提到了一些关键的代谢现象，如 Crabtree 效应和碳分解代谢阻遏（CCR）。Crabtree 效应是指在高浓度糖分条件下，某些真菌倾向于进行发酵而非呼吸代谢，从而生成乙醇。这种代谢方式可能对色素合成产生负面影响，因为呼吸代谢通常能够提供更多的能量和前体物质，用于合成复杂的次级代谢产物。因此，研究团队认为，在液体培养中，充足的氧气供应和适当的代谢调控可能是提高 *M. pilosus* 色素产量的关键因素。

此外，研究还发现，氮源的种类对色素合成有重要影响。例如，使用铵盐（如硫酸铵）作为氮源可能会抑制色素的合成，而使用硝酸盐（如硝酸钠）或有机氮源（如胰蛋白胨、酵母提取物）则可能促进色素的生成。这一发现表明，氮源的调控在 *M. pilosus* 的色素合成过程中起着重要作用，可能通过影响特定的转录因子（如 AreA）来实现。

在实验方法上，研究团队采用了多种技术手段，包括 ITS 区域测序、液相色谱（HPLC/UHPLC）分析以及统计学方法（如 ANOVA 和 Tukey 检验）。通过这些方法，他们能够准确地鉴定菌株，并量化不同培养条件下色素的产量。研究结果表明，*M. pilosus* 在液体培养中能够合成多种类型的色素，包括黄色、橙色和红色，其中黄色色素（如 monascuspiloin 和 monascin）的产量最高。

研究团队还发现，某些条件下的代谢变化可能导致了色素的化学转化。例如，在非酸性 pH 条件下，橙色色素（如 rubropunctatin）可能转化为红色色素（如 rubropunctamine）。这一现象表明，*M. pilosus* 的色素合成可能受到 pH 值和氮源种类的共同影响，进而影响最终产物的种类和数量。

综上所述，本研究揭示了 *M. pilosus* 在液体培养中色素合成的复杂调控机制，包括碳源和氮源对代谢途径的影响、CCR 和 AreA 转录因子的作用，以及 pH 值和代谢产物之间的相互关系。这些发现不仅有助于理解 *M. pilosus* 的代谢特性，也为优化其在食品工业和生物医药领域的应用提供了理论依据。未来的研究可能需要进一步探索这些调控机制的具体分子基础，以及如何通过基因工程手段增强 *M. pilosus* 的色素合成能力。