青岛能源所和大连化物所合作开发出高产中链甘油三酯的工业微藻

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中链甘油三酯（Mid-chain Triacylglycerides; MCT）是一种特殊的功能油脂，在临床上主要用于减肥、促进能量代谢、以及促进脑退化人群的恢复。近期，青岛能源所单细胞中心与大连化物所高分辨分离分析及代谢组学研究组合作，揭示了微藻细胞中调控MCT合成的分子机制，进而开发出高产MCT的工业产油微藻细胞工厂。该成果在线发表于《植物生理学》Plant Physiology。

　 　

　　高产中链甘油三酯（MCT）的工业微藻细胞工厂

　　MCT是指含有三条中链脂肪酸（MCFA，由8至12个碳原子构成）的甘油三酯。MCT不需要胆盐即可完整地被吸收到小肠粘膜进入细胞内，并直接以脂肪酸形式由门静脉进入肝脏。因此，MCT可为身体快速供能，不会形成脂肪在体内堆积，具有重要的健康功效。
　　目前MCT通过水解、过滤和再酯化棕榈油或椰子油生产，但棕榈和椰子仅可在热带和亚热带地区种植，且通常植物只有3%的干重会以油脂的形式储存，因此业界亟需更高效和环保的MCT生产方式。
　　微拟球藻（Nannochloropsis spp.）是一种能够将阳光、海水和二氧化碳直接转化为甘油三酯（TAG）的工业产油微藻，其TAG中含有超过20种脂肪酸。是否能够“定制化设计”TAG上的脂肪酸长度，从而利用微拟球藻来实现MCT的合成呢？单细胞中心辛一副研究员带领的研究小组，联合王勤涛助理研究员、申琛助理研究员、大连化物所胡春秀副研究员等，通过MCFA介导的酵母异源表达和体外酶学实验，发现在微拟球藻中仅有两个II型二酰甘油酰基转移酶（NoDGAT2）能够组装MCFA为MCT。其中，NoDGAT2D是个“全科”技工，能组装C8到C18等各种链长的脂肪酸；而NoDGAT2H则是个“专科”技工，专门组装C8和C12这两种MCFA。亚细胞定位实验进一步证明这两个DGAT2均在叶绿体上参与了TAG的组装。
　　进而，研究人员在微拟球藻中理性调控上述两个DGAT2的转录水平，并结合其他多个外源MCT合成酶的表达，构建了高产MCT的工程藻株。在峰值产油阶段，工程藻株的MCT含量比野生型提高了64.8倍。
　　TAG中脂肪酸的饱和度和链长作为两大关键指标，决定着藻油的经济价值。前期，单细胞中心团队揭示了微拟球藻调控TAG中脂肪酸饱和度的机制（Xin, et al, Mol Plant, 2017; Xin, et al, Mol Plant, 2019）。本工作则进一步揭示了该藻调控TAG中脂肪酸链长的机制。在此基础上，实现了以工业微藻为底盘，生产结构可定制化的油脂分子，为从CO2一步法生物合成各种具特殊性能的燃油与食用油产品奠定了基础。
　　本工作由青岛能源所单细胞中心徐健研究员团队与大连化物所高分辨分离分析及代谢组学研究组许国旺研究员团队合作完成，得到国家重点研发计划、大连化物所-青岛能源所融合基金项目、国家自然科学基金和山东省自然科学基金的支持。（文/辛一  图/刘阳）
　　原文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiac396
　　Yi Xin#,*, Qintao Wang#, Chen Shen#, Chunxiu Hu*, Xianzhe Shi, Nana Lv, Xuefeng Du, Guowang Xu, Jian Xu*. Medium-chain triglyceride production in Nannochloropsis via a fatty acid chain length discriminating mechanism. Plant Physiology, 2022.


       文章来源：青岛能源所
      徐健，中国科学院青岛生物能源与过程所研究员、所长助理、生物能源部主任、单细胞中心主任、基因组工程团队负责人；山东省能源生物遗传资源重点实验室主任。1976年生于福建漳州；1997年北京大学生物技术学士；2003年华盛顿大学计算机科学硕士和生物化学博士；2004-08年于华盛顿大学遗传学系和基因组研究院任基因型组装和分析团队负责人。2008年全职加入中科院青岛生物能源与过程所。任mSystems高级编辑。论文发表于Science、Cell Host Microbe、Nature Commu. 等100余篇，被引9000余次。获国家高端人才计划（2012；2019）、国家杰出青年基金（2014）、中国青年科技奖（2015）、中源协和生命医学创新突破奖（2016）、“徐健科技领军人才工作室”（山东省科技厅；2016）等荣誉。单细胞中心由来自功能基因组学、合成生物学、微流控科学和生物信息学等学科背景的近90位工作人员和研究生组成。我们主要通过单细胞分析仪器系列（单细胞拉曼分选仪、单细胞拉曼分选测序系统、单细胞拉曼耐药快检仪等）和微生物组数据科学/人工智能工具，探讨微生物组检测与修复人体与环境、以及生物资源高通量筛选的方法学。同时我们在工业微藻合成生物学领域，开发以微拟球藻为模式的规模化光合固碳产油细胞工厂。
        许国旺，研究员，中国科学院大连化学物理研究所生物技术部常务副主任，中国科学院分离分析化学重点实验室主任，代谢组学研究中心主任。2004年获国家自然科学基金委杰出青年基金资助。现任中国化学会色谱专业委员会主任、中国化学会质谱专业委员会副主任、中国抗癌协会肿瘤代谢委员会副主任。担任Metabolomics，Anal.Chim.Acta，Anal.Bioanal.Chem.，J.Chromatogr.B等10多个国内外杂志编委。迄今已合著5本书、在PNAS,Hepatology,Clin.Chem.,Cancer Res.,Diabetes Care,Diabetologia,Anal.Chem.等国际著名杂志发表系列文章。H-指数:55（Web of Science Core Collection）、68(Google)。申请发明专利超百件（其中50多项已授权）。研究方向包括复杂样品分离分析方法的创新性研究；代谢组学分析技术平台及其在疾病、中药、植物表型、食品安全等方面应用的研究。