CRISPR/Cas9工程化耐热酿酒酵母JAYCA强化微藻生物质转化3G乙醇的CBP策略研究

本研究通过CRISPR/Cas9技术将黑曲霉α-淀粉酶基因（amyA）整合至工业酿酒酵母JAYET基因组，构建了兼具淀粉酶/纤维素酶活性的耐热菌株JAYCA。该工程菌在40°C下通过同步糖化发酵（SSF）实现小球藻（Chlorella vulgaris）淀粉高效转化，乙醇浓度达16.41 g·L?1，为微藻基第三代乙醇（3G）的整合生物加工（CBP）提供了创新解决方案。

　　

Highlight

本研究首次将CRISPR/Cas9基因组编辑技术应用于耐热工业酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）JAYET菌株，成功构建了能同时分泌α-淀粉酶（amyA）和纤维素酶的工程菌JAYCA。该菌株可直接发酵小球藻（Chlorella vulgaris）淀粉，在40°C高温条件下仍保持优异发酵性能，为微藻基第三代乙醇（3G-ethanol）的整合生物加工（CBP）提供了突破性解决方案。

Engineered yeast: construction and confirmation

源自巴西第一代乙醇工业菌株PE-2的JAY20酵母，经前期改造已整合β-葡萄糖苷酶（AsGH3）和内切葡聚糖酶（AsGH74）基因。本研究通过CRISPR/Cas9系统将黑曲霉（Aspergillus tubingensis）来源的amyA基因精准插入HO基因座，新菌株JAYCA在淀粉平板上呈现显著水解圈，证实α-淀粉酶成功表达。酶活检测显示其胞外淀粉酶活性达12.3 U·mL^?1，较原始菌株提升27倍。

Conclusion

通过CRISPR/Cas9技术构建的JAYCA菌株展现出卓越的多糖转化能力：在30°C分步糖化发酵（SHF）中实现理论乙醇得率92.1%，40°C同步糖化发酵（SSF）时乙醇浓度达16.41 g·L^?1。该研究开创性地将基因组编辑、耐热表型与CBP策略相结合，为微藻生物炼制提供了高效、环保的微生物细胞工厂。