维甲醇（视黄醇）是维生素A的活性形式之一，广泛存在于哺乳动物中，作为视觉循环、细胞分化和免疫功能的关键成分。视黄醇的生物合成及其代谢途径在工业生物技术中备受关注，尤其是在化妆品、药物和食品添加剂领域。传统化学合成不仅过程复杂，而且通常需要使用有机溶剂，对环境不友好。而通过微生物途径在酿酒酵母中合成视黄醇则具有绿色环保的优势。基于酿酒酵母的代谢灵活性和遗传可操作性，本研究通过系统的代谢工程策略，显著优化了视黄醇的生产水平，最终实现了高效的微生物生产途径。
视黄醇的合成依赖于酿酒酵母的中央碳代谢和MVA途径，通过关键中间产物角鲨烯合成β-胡萝卜素并进一步转化为视黄醇。在该过程中，乙酰辅酶A和NADPH等代谢物充足供应对于提高视黄醇产量至关重要。作者通过整合视黄醇合成模块，优化内源与外源途径，构建高效的酿酒酵母合成体系。
图1 视黄醇合成代谢途径
随后，作者将整个代谢网络分为多个功能模块，分别针对乙酰辅酶A供给、NADPH再生和角鲨烯合成等环节进行优化。这种模块化优化方式能够逐步提升各关键代谢环节的效率，最终提高了目标产物的合成水平。在中央碳代谢模块中，通过过表达乙酰辅酶A生成酶基因和糖酵解相关基因，酿酒酵母中乙酰辅酶A的水平得到了显著提升。
图2 中央碳代谢模块优化策略及对视黄醇产量的影响
在酵母细胞中，视黄醛作为视黄醇的中间产物，具有一定的细胞毒性。为防止其对细胞的伤害，通常会被转运蛋白转运出细胞。作者敲除了与视黄醛转运相关的基因，从而减少视黄醛的外流并促进其在胞内的积累，以便进一步转化为视黄醇。
图3 敲除视黄醛转运蛋白后视黄醇产量的变化
视黄醇脱氢酶是视黄醇合成途径中的关键酶，酶活性的提升对于提高视黄醇产量至关重要。通过分子对接和突变筛选，作者对视黄醇脱氢酶进行定向进化和半理性设计，最终得到了活性显著提升的突变体。结果显示，经过优化的脱氢酶极大地提高了视黄醇的产量。
图4 分子对接预测的视黄醇脱氢酶关键活性位点及其突变效果
在摇瓶发酵条件下，视黄醇易受氧化而发生降解，导致产量下降。作者发现橄榄油作为绿色萃取剂可以有效保护视黄醇，避免其氧化降解。在发酵48小时后，视黄醇的产量达到1.2 g/L。
图5 不同萃取剂对视黄醇产量的影响
本文作者通过模块化的代谢工程策略，将酿酒酵母中的视黄醇生产途径进行了系统优化，显著提高了产量。采用包括中央碳代谢调控、转运蛋白敲除、酶工程和发酵条件优化等手段，研究达到了1.2 g/L的高水平产量。未来，进一步的研究可将代谢工程与发酵工艺结合，探索更高效的工业化生产流程。
原文链接：
https://doi.org/10.3390/jof9050512
免责声明：本文旨在分享生物合成与未来食品领域科研动态，不代表平台立场，不构成任何投资意见和建议，以官方/公司公告为准。本文也不是治疗方案推荐，如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。
版权声明：标注‘原创’仅代表原创编译，本平台不主张对原文的版权。中文内容仅供参考，一切内容以期刊官网为准。
本平台转载仅仅是出于学术交流和传播信息的需要，并不意味着代表本平台观点或证实其内容的真实性；转载文章版权归原作者所有，作者如果不希望被转载或有侵权行为，请联系本平台删除。
摘译 | 左莎莎
编辑 | 王咏桐
左莎莎
陈嘉序
审核 | 刘 娟
