综述：工程化甲基营养型酵母作为以甲醇为原料的化学品生产细胞工厂

这篇综述系统探讨了甲基营养型酵母（如毕赤酵母Pichia pastoris和奥格酵母Ogataea polymorpha）作为甲醇（C1）生物制造平台的潜力，重点分析了其代谢优势（如XuMP途径）、当前瓶颈（碳损失、甲醇毒性）及工程策略（途径优化、实验室进化、区室化改造），为构建高效甲醇细胞工厂提供了系统性解决方案。

　　

甲醇生物制造的酵母细胞工厂

甲醇作为一种可持续的一碳（C₁

甲基营养酵母的代谢优势

这类酵母通过独特的木酮糖单磷酸（XuMP）途径同化甲醇，其代谢速率可达合成系统的10倍。关键代谢节点如甲醛分支点控制着碳流向——部分甲醛通过XuMP途径同化为生物质，过剩部分则通过甲醛脱氢酶（FLD）和甲酸脱氢酶（FDH）氧化为CO₂，造成显著碳损失。

当前面临的挑战

工业化应用存在三大瓶颈：

1. 甲醇同化效率低（生物质得率仅0.20-0.25 g/g）；
2. 化学品转化率不足（最高仅3-HP达0.23 g/g）；
3. 甲醇毒性导致的发酵不稳定。

创新工程策略

途径改造：过表达二羟基丙酮合成酶（DAS）使赤藓糖醇产量翻倍；引入细菌RuMP途径构建杂交代谢网络。
解毒优化：通过CRISPRi下调FLD1表达使3-HP产量提升14%。
区室化合成：在过氧化物酶体中定位萜类合成途径，α-蒎烯产量提高69%。
实验室进化：结合基因组重测序发现磷脂代谢基因LPL1失活可缓解甲醇毒性。

未来发展方向

短期可采用C₁/C_n共底物策略（如甲醇-木糖共利用），长期需通过系统生物学指导代谢网络重构。开发ATP/NADPH转运系统以突破过氧化物酶体合成限制，将成为提升区室化效率的关键。

甲基营养酵母正从传统蛋白表达平台转型为多元化生物合成底盘，其发展将加速碳中性制造的工业化进程。