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文丨Lisa
编丨Lisa
近期，中国药科大学郑珩团队在“Molecular Biotechnology”发表综述，全面梳理了虾青素生物合成的最新研究进展。
虾青素是一种亲脂性类胡萝卜素，以其强大的抗氧化活性而闻名，在饲料、食品和化妆品等行业中具有重要的商业价值。
虽然虾青素可以通过化学方法合成，但合成的虾青素中可能含有有毒副产物，限制了其在医药或功能性食品中的应用。天然虾青素可以从藻类中提取，但与微生物相比，藻类的培养周期相对较长。
随着合成生物学和代谢工程学的发展，微生物发酵法已成为大规模生产虾青素的一种有前景的方法。本文综述了虾青素生物合成的研究进展，重点介绍了天然宿主树状黄叶菌（Xanthophyllomyces dendrohous）以及异源宿主多脂耶氏菌（Yarrowia lipolytica）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）对虾青素生物合成的利用。并对今后的研究前景进行了展望。
虾青素：超级抗氧化剂
虾青素的抗氧化活性远超其他类胡萝卜素和维生素E，对糖尿病、心血管疾病等具有潜在治疗益处。目前，天然虾青素主要依赖生物提取，化学合成产品无法满足市场对高纯度的需求。
红法夫酵母：虾青素的天然工厂
红法夫酵母（X. dendrorhous）能够自然产生虾青素，通过遗传和代谢工程改造，其虾青素产量得到显著提升。
研究重点在于增强虾青素生物合成策略，包括诱导突变、最大化IPP碳通量、增加β胡萝卜素积累等。
代谢工程改造宿主
随着合成生物学的发展，大肠杆菌、酿酒酵母和解脂耶氏酵母等被改造为虾青素生物合成的异源宿主。
通过促进乙酰-CoA前体供应、加强甲羟戊酸途径、合理分配碳通量等策略，提高了虾青素的产量。
红法夫酵母增强虾青素生物合成策略
诱导突变：传统诱变育种可获高产菌株，但周期长、随机性大，基因工程定向改造渐成主流。
碳通量最大化用于IPP：通过促进糖酵解、抑制TCA循环等增加乙酰 - CoA供应，或多基因表达增强甲羟戊酸合成途径，可促进虾青素形成。
增加β胡萝卜素积累：过表达crtE基因或增加crtYB拷贝数可提升虾青素产量，但crtI基因过表达会使代谢通量转向甲苯合成，调整该基因具挑战性。
增加虾青素生物合成模块积累：crtR缺失影响虾青素合成，上调crtE和crtR基因表达并调节相关生物合成可提高产量。
优化发酵条件：调整培养基成分、控制培养条件（如温度、pH、溶解氧），添加刺激物（如谷氨酸、H₂O₂、大豆油、光刺激等）可促进虾青素积累。
利用Omics技术：代谢组学和比较蛋白质组学分析为提高虾青素产量的代谢工程策略提供支持。
原文链接：https://doi.org/10.1007/s12033-024-01289-1
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