优化嗜白蚁阿太菌三萜类生物合成：挖掘天然产物的新路径

《AMB Express》：Optimization of triterpenoids biosynthesis in Athelia termitophila as a source of natural products

为解决嗜白蚁阿太菌（TMB）中三萜类化合物天然产量低，无法满足工业应用需求的问题，研究人员开展了优化 TMB 培养基组成和培养参数以提高三萜类生物合成及 TMB 生物量的研究。结果优化后三萜产量提高 1.9 倍，菌丝生物量提高 1.66 倍，为 TMB 的工业化应用提供了方法。

　　在微生物的奇妙世界里，有一种与白蚁紧密相连的真菌 —— 嗜白蚁阿太菌（Athelia termitophila，简称 TMB）。它虽然个头不大，却蕴含着巨大的潜力。三萜类化合物是一类具有 30 个碳原子的生物活性成分，在药用和食用真菌中广泛存在，具有抗炎、抗癌、护肝等多种功效，在制药和功能性食品行业发挥着重要作用 。然而，TMB 中三萜类化合物的天然产量却少得可怜，无法满足工业生产的需求，就像一座隐藏着宝藏的矿山，却难以开采。

为了挖掘这座 “矿山” 的价值，西北大学的研究人员踏上了探索之旅。他们致力于优化 TMB 的培养基组成和培养参数，期望能提高三萜类化合物的产量和 TMB 的生物量。最终，他们成功了！相关研究成果发表在《AMB Express》上。

在这场探索中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先采用单因素试验（One Factor at a Time，OFAT），对碳源、氮源、无机盐等多种因素进行筛选，初步确定了影响三萜类化合物产量和菌丝生物量的重要因素。接着，利用 Plackett–Burman 设计（PBD）从众多因素中精准筛选出关键影响因素。最后，运用 Box–Behnken 设计（BBD）结合响应面法（Response Surface Methodology，RSM），进一步优化培养基组成和培养条件，构建模型并验证其可靠性。

研究结果如下：

1. 不同营养物质的影响：通过研究不同碳源、氮源、微量元素及其浓度对 TMB 发酵的影响发现，玉米淀粉作为碳源、酵母粉作为氮源、KH₂PO₄作为微量元素时，TMB 的菌丝生物量和三萜类化合物含量最高。并且，随着玉米淀粉、酵母粉、KH₂PO₄浓度的增加，三萜类化合物含量和菌丝生物量先升高后降低。例如，玉米淀粉浓度为 30g/L 时，三萜类化合物含量（29.15±0.64mg/100mL）和菌丝生物量（1.6±0.04g/100mL）达到最高。
2. 不同培养条件的影响：研究不同培养条件（接种量、液体体积、培养时间）对 TMB 发酵的影响可知，接种量为 6%、液体体积为 130mL、培养时间为 7 - 9 天时，TMB 的菌丝生物量和三萜类化合物含量较高。超过这些最佳值后，二者会逐渐下降。比如，接种量为 6% 时，总三萜类化合物含量为 23.03±0.1mg/100mL，菌丝生物量为 1.29±0.01g/100mL 。
3. Plackett–Burman 设计结果：PBD 实验确定了培养天数、酵母粉、KH₂PO₄和液体体积是影响 TMB 总三萜类化合物含量的关键变量。其中，培养天数对总三萜类化合物产量有显著正向影响，酵母粉和 KH₂PO₄有显著负向影响。
4. Box–Behnken 实验结果：基于 BBD 设计确定了显著自变量的最佳水平，得到三因素二次方程模型。该模型拟合度良好，能可靠地预测 TMB 中总三萜类化合物含量。通过 3D 响应面和 2D 等高线图发现，在一定范围内，增加培养天数、KH₂PO₄浓度和酵母提取物浓度，三萜类化合物含量会增加，但超过一定范围则会下降。在 KH₂PO₄浓度为 4.74g/L、酵母提取物浓度为 13.44g/L 时，三萜类化合物含量最高。
5. 摇瓶发酵验证结果：按照 BBD 优化结果进行实验，验证了模型的有效性。优化后，TMB 的总三萜类化合物产量达到 50.21mg/130mL，比原始培养基提高了 1.9 倍，菌丝生物量为 2.23g/flask（130/250mL），是未优化培养基的 1.66 倍。

研究结论和讨论部分表明，该研究首次将 PBD 和 BBD 方法结合，优化了 TMB 的生长和三萜类化合物生产。明确了玉米淀粉、酵母提取物、KH₂PO₄等营养物质在 TMB 三萜类化合物生物合成和菌丝生长中的重要作用，确定了最佳接种量、液体体积和发酵时间。这不仅降低了生产成本，还为 TMB 的培养和三萜类化合物生物合成提供了系统框架，有助于推动基于天然三萜类化合物产品的商业化进程，为真菌三萜类生物合成研究和相关产业发展做出了重要贡献。