脂肪醇是生产表面活性剂、润滑剂的重要基础原料,利用其分子结构中的羟基官能团,可以与多种化合物进行反应得到应用广泛的脂肪醇衍生物。化学法生产脂肪醇包括天然油脂原料制备和石化原料制备两种方法。生物法生产奇数碳原子脂肪醇已在大肠杆菌获得证实,研究人员在前人工作的基础上,尝试重构酿酒酵母合成奇数碳原子脂肪醇。
研究人员首先敲除了CEN.PK2菌株的乙酰辅酶A合酶基因FAA1和FAA4,过表达定位于细胞质溶液的硫酯酶,这样既加强脂酰辅酶A到脂肪酸的合成,又避免了脂肪酸到脂酰辅酶A的回流。研究人员为了找到能获得最高产量的硫酯酶,测试了小家鼠、月桂树和酿酒酵母来源的,发现酿酒酵母来源的PTE1可获得最高浓度的脂肪酸,且碳链长度主要分布在C16—C18之间。由于脂肪酸到脂肪醇需要经过醛作为中间代谢产物,而酵母体内不同的乙醇脱氢酶具有不同的醛底物特异性,所以研究人员测试了该酶的底物偏好性,发现主要倾向于催化碳链长度在12—14之间的脂肪醛。由脂肪酸到脂肪醛需要经过α脱氧酶作用,3个经过密码子优化的植物来源α脱氧酶功能在酵母体内进行了测试,发现只有亚麻来源的脱氧酶发挥功能,48h最高可获得约20mg/L的脂肪醛,60h转变为约20mg/L的脂肪醇。
研究人员综合表达硫酯酶、敲除乙酰辅酶A合酶,加强了脂酰辅酶A到脂肪酸的代谢流量,同时过表达亚麻来源α脱氧酶以及酵母内源乙醇脱氢酶,最终获得了60h产生约20mg/L脂肪醇的酵母菌株,主要碳链长度为C15。研究人员表示脂肪醇产量还有待提高,推测瓶颈一是生成中间体脂肪酸碳链长度主要为16—18,而醇脱氢酶偏好的底物碳链长度为12—14,这种不匹配可能导致整个反应效率的下降;二是过表达α脱氢酶导致脂肪醛的积累,对细胞有损伤作用。以后研究需要在这两个方向努力。