虾青素作为一种高价值代谢产物，凭借其超强的抗氧化活性及多样的健康益处，在食品、医药、化妆品等领域具有巨大市场需求。微藻是天然酯化虾青素的主要生产来源，其合成的虾青素具有生物活性高、安全性好等优势，然而微藻工业化规模培养长期受限于三大瓶颈：虾青素生产率偏低、依赖胁迫诱导才能大量积累，以及微藻代谢工程改造难度较大，这些问题严重制约了微藻虾青素的产业化发展。
本综述重点探讨了两种提升微藻来源酯化虾青素产量的核心策略——纳米制剂技术与代谢通路调控，并分析二者协同应用的可行性。在代谢通路调控方面，类胡萝卜素生物合成途径是虾青素积累的核心路径，对该途径进行精准、高效且多位点的遗传修饰，可有效解除代谢瓶颈，显著促进虾青素的胞内积累。同时，下调与虾青素合成竞争碳源和能量的代谢支路，能够减少代谢通量的浪费，进一步提升虾青素产量。
除核心合成途径调控外，靶向工程改造酰基转移酶和脂质代谢调节因子，也是提升虾青素品质与产量的关键手段。酰基转移酶的改造可增强虾青素的酯化作用，形成更稳定的酯化虾青素，有效提高其抵抗氧化降解的胞内稳定性；而脂质代谢的修饰不仅能重定向代谢通量，引导碳源向虾青素合成方向倾斜，还能改变储存脂质中的脂肪酸饱和度，进而提升酯化虾青素的生物利用度，拓宽其应用场景。
纳米粒子整合到微藻培养系统中，是另一种极具前景的增产方法。纳米材料凭借其独特的物理化学特性，可优化营养物质的递送效率，促进微藻对氮、磷等关键营养元素的吸收利用，同时还能改善培养体系的光照管理，提高微藻的光合作用效率，为虾青素合成提供充足的能量支撑，从而显著促进虾青素生产。
尽管代谢通路调控与纳米生物技术在提升微藻虾青素产量方面展现出显著优势，但二者的实际应用仍面临诸多挑战，主要包括生物安全法规的约束、监管审批流程的繁琐，以及纳米材料和基因工程微藻可能带来的潜在生态影响。目前，单一技术的应用难以彻底突破微藻虾青素工业化生产的瓶颈，将代谢通路调控与纳米生物技术协同结合，有望互补优势、克服各自局限，实现微藻虾青素产量的最大化，为其产业化发展提供新的解决方案。
原文链接: Engineering Microalgae for Enhanced Astaxanthin Production: Integrating Metabolic Pathways and Nano-Biotechnologies
