在这次研究中,我们主要围绕微藻展开实验,目的是让它能高效合成一种有价值的物质——(+)-诺卡酮。首先,我们重点研究了两种关键酶:瓦伦烯合酶和瓦伦烯氧化酶,弄清楚了它们在微藻体内到底能发挥什么作用,相当于给这两种“工具”做了一次全面的“功能检测”,最终确认了它们能帮助微藻合成目标物质。
搞懂了酶的作用后,我们就开始动手搭建“生产流水线”——也就是能高效合成(+)-诺卡酮的代谢途径。我们想到一个好办法:把两种酶进行融合设计,这样就能优化微藻体内MEP途径的碳通量。简单来说,就是让微藻体内的“原料”能更顺畅地转化成合成目标物质所需的“中间产物”,减少浪费。

除此之外,我们还充分利用了微藻自身的优势——它的叶绿体里有丰富的法尼基焦磷酸资源库。法尼基焦磷酸就像是合成(+)-诺卡酮的“基础零件”,有了充足的“零件”,异源倍半萜((+)-诺卡酮属于这类物质)的合成效率自然就提高了,相当于给“生产流水线”备足了原材料。
为了让微藻长得更好、产出更多的(+)-诺卡酮,我们还对培养条件进行了优化。重点调整了光照和碳源这两个关键因素,比如控制光照的强度和时间,选择更适合微藻生长的碳源。经过多次尝试,微藻的生物量(也就是微藻的总量)和目标产物(+)-诺卡酮的积累量都有了明显提升。
最后,我们把上面这些优化方法整合起来,在莱茵衣藻这个体系中进行实验,取得了很不错的成果:最终(+)-诺卡酮的体积产量达到了148毫克/升,重量产量达到了76毫克/克CDW(简单说就是每克微藻干重能产出76毫克的目标物质)。
这次研究意义重大,它为用微藻这种绿色、环保的“细胞工厂”,大规模生产高附加值的萜类化合物提供了可靠的技术支持,也为后续相关研究和工业化生产打下了坚实的基础。
原文链接:Harnessing the MEP pathway for heterologous (+)-nootkatone biosynthesis in a green microalga under fine-tuned light and carbon regimes