利用重组产油酵母将有机废物转化为奇数链脂肪酸：通过羧酸盐平台变废为宝

为解决寻找化石油经济有效替代品的问题，研究人员开展利用重组解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）将短链脂肪酸（SCFAs）转化为奇数链脂肪酸（OCFA）的研究。结果表明，特定菌株在不同发酵条件下可积累脂质和 OCFA。该研究为微生物油脂生产提供新途径，助力循环经济。

　　在当今时代，随着环境问题日益严峻，寻找化石油的替代物成为了科研领域的热门话题。微生物油脂作为一种潜在的替代来源，具有诸多优势，比如其脂肪酸组成与植物油相似，且不与食品行业竞争，微生物本身还具有生长快、脂质产量高、培养周期短和空间需求小等特点。然而，目前微生物油脂生产面临成本较高的问题，其中碳源成本是关键因素之一。短链脂肪酸（SCFAs）可通过厌氧发酵从有机废物中获得，成本较低，有望成为微生物油脂生产的理想碳源。但以往研究发现，酵母在高浓度 SCFAs 环境下生长会受到抑制，且奇数链脂肪酸（OCFA）在微生物油脂中含量较低。为了解决这些问题，来自 IMDEA Energy、Valladolid University、Université Paris Saclay 等机构的研究人员展开了深入研究。

研究人员使用了两种经过基因改造的解脂耶氏酵母菌株 JMY7780 和 JMY7782，旨在评估它们利用来自实际消化液的 SCFAs 积累总脂质和 OCFA 的能力。研究结果发表在《Microbial Cell Factories》上，为微生物油脂生产开辟了新方向。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，利用厌氧发酵获得富含 SCFAs 的实际消化液作为碳源。在实验过程中，通过液体色谱（HPLC）分析 SCFAs 含量，使用分光光度计测量细胞生长（以 OD₆₀₀表示），并通过尼罗红染色结合荧光光谱仪测定脂质含量，采用气相色谱分析脂肪酸甲酯（FAMEs）来确定 OCFA 含量。

研究结果主要包括以下几个方面：

1. 分批发酵：在含有 10g/L SCFAs 的培养基中，JMY7780 和 JMY7782 在 24 小时内 OD 达到 6，最终 OD 分别达到 20.2 和 21.8，对应细胞干重（CDW）为 3.6g/L 和 5.0g/L，所有 SCFAs 被消耗。在 15g/L SCFAs 培养基中，由于高浓度 SCFAs 的抑制作用，只有乙酸被完全代谢，两种菌株的最大 OD 分别为 8 和 6，CDW 均为 1.7g/L。两种菌株对乙酸的消耗速率最快，在 10g/L 和 15g/L SCFAs 培养基中，前 24 小时乙酸消耗速率分别为 0.16g/Lh 和 0.24g/Lh。JMY7782 的脂质产量更高，在 10g/L SCFAs 培养基中脂质产量为 0.07g/g ，脂质含量达到 13.9%（w/w）。
2. 两步分批发酵：先在葡萄糖培养基中培养 18 小时，再转移到 SCFAs 培养基中。结果显示，与直接在 SCFAs 培养基中发酵相比，该方法未观察到明显的滞后阶段。在 G + BATCH10 和 G + BATCH15 中，JMY7782 的生物量产量（分别为 0.26g/g 和 0.28g/g）和脂质产量（分别为 0.096g/g 和 0.1g/g）均高于 JMY7780。虽然总脂质产量增加，但在 SCFAs 喂养阶段的脂质含量低于仅使用 SCFAs 的分批发酵。
3. 奇数链脂肪酸生产：JMY7782 在 G + BATCH10 中达到最高的 OCFA 百分比，为 50.7%（w/w）。在 BATCH15 和 G + BATCH15 中也获得了较高的 OCFA 百分比，分别为 49.6%（w/w）和 49.9%（w/w）。在所有 OCFA 中，C17:1（十七碳烯酸）最为普遍。
4. 补充乙酸促进 SCFAs 消耗：对 JMY7782 进行实验，在发酵 24 小时后添加 4g/L 乙酸脉冲。结果发现，SCFAs 消耗速率加快，OD 增加，脂质积累在 144 小时时达到 25.2%（w/w），高于未添加乙酸的 BATCH10（10.1%（w/w））。BATCH10 + AA 实验中 OCFA 含量在 27 小时时达到 60.4%（w/w），高于 BATCH10（43.5%（w/w））。

研究结论和讨论部分表明，两种基因工程菌株 JMY7780 和 JMY7782 在利用富含 SCFAs 的实际消化液积累脂质和 OCFA 方面具有潜力。较低的 SCFAs 浓度（10g/L）有利于获得更高的生物量和相似的脂质产量，而 15g/L 的 SCFAs 在分批和两步分批发酵中可使 JMY7782 获得最高的 OCFA 含量。两步分批发酵增强了酵母代谢，提高了脂质含量。解脂耶氏酵母对乙酸的偏好明显，添加乙酸脉冲可提高 OCFA 产量。该研究不仅为微生物油脂生产提供了更经济可行的方法，还通过利用实际消化液生产高价值化合物，为循环经济做出了贡献。未来研究可进一步优化发酵条件，针对参与丙酰辅酶 A（propionyl-CoA）和其他 OCFA 合成前体的基因进行研究，有望开发出能够耐受高丙酸浓度、实现高脂质和奇数链脂肪酸产量的新型菌株。