琥珀酸（丁二酸， SA）是最具附加值的化学品之一，被宽阔用于食品和饮料的增补剂，也在农产品和医药产品中具有多种运用。此刻，为了减少对化石燃料的依据，科学家们测验欺骗微生物将植物生物质转折为生物基琥珀酸来庖代煤油基琥珀酸。

　　自 20 世纪 90 岁首往后，源委代谢工程变革微生物来生产琥珀酸的酌量连续，但都被“绊倒”在伸张临蓐这一步。

　　模式酵母如酿酒酵母、大肠杆菌以及大多数生物体，必要在中性 pH 情况中手艺生活。于是，当行使这些微生物坐蓐琥珀酸时，必要补充大量碱来中和有毒的酸性条件，依旧 pH 值密切中性（6 到 7 之间）。但这种把握会发作副产品，比如石膏或硫酸钙，是以必需在管线末尾将其分袂出来以纯化产品，从而提高了下流加工成本。

　　克日，进取生物能源和生物产品革新主题 (CABBI) 团队在 Nature Communications 期刊上报说了一种以甘蔗临盆生物基琥珀酸的经济措施。商酌人员始末代谢工程变革耐酸的非模式酵母——东方伊萨酵母（Issatchenkia orientalis），创建了一条高效的端到端的出产管线，防止了卑劣加工中的高成本步骤。CABBI 波折要旨担当人、化学与生物分子工程 (ChBE) 教授为本文通讯作者之一。

　　斟酌中诈骗的 Issatchenkia orientalis 酵母或者在低 pH 值（3 至 4）或酸性条款下滋生成长。理由具有神秘的耐酸性，I. orientalis 也被感应是临蓐有机酸的“潜力选手”。但是，由来枯窘基因操纵策略，对待这种酵母的寻求一度较为贫穷。

　　2020 年 5 月，举措通讯作者在 Metabolic Engineering 上公布论文，报叙了团队启示的一套广大的三种新型遗传工具，可以推动层次基因表明的促进，并有助于从 I. orientalis 中临蓐有机酸等生物产品。

　　这三个枢纽器械折柳是：I. orientalis 基因组中的成果性着丝粒 DNA（CEN）序列（用于空闲 I. orientalis 中的质粒复制）；一组组成型启动子和拒绝子（教化基因剖明形式的 DNA 链的组成个人）；一种速速有效的在活的有机体内组装 DNA 的举措。

　　同年 12 月，在 Metabolic Engineering Communications 期刊上颁布了题为“”的论文，商酌中开拓了 I. orientalis 酵母的基因组领域代谢模型 SD108，涵盖 850 个基因、1826 个回响和 1702 个代谢物，编制地评估了这种非模型酵母的代谢才力。介入了这项想量。

　　2023 年 7 月，等人在 Metabolic Engineering 期刊上报讲了 I. orientalis 酵母中的多拷贝基因整合的下降垫格式。这一高效的多拷贝集成器材，鼓动颠末多重 CRISPR-Cas9 介导的基因组编辑构建大型、搀杂的代谢说途。

　　基于前面的一系列任事，探究人员对 I. orientalis 酵母进行代谢工程变革，使其发作比酿酒酵母或大肠杆菌更高水准的琥珀酸。

　　在最新的商讨中，过程代谢通量体会，探讨人员笃信了 I. orientalis 酵母代谢中限制琥珀酸发作的一个环节清贫：原生的 I. orientalis 酵母无法欺骗甘蔗中的蔗糖。以是增补了一种酶，不妨将甘蔗汁中的蔗糖剖析为葡萄糖和果糖，从而产生琥珀酸。再引入其我基因来过量坐褥琥珀酸。

　　在利用台式反映器进行喂料批量发酵时，工程菌株能在 pH 值为 3 的糖基教学基中以最高滴度分娩琥珀酸，在最低熏陶基中为 109.5 克/升，在甘蔗汁指导基中为 104.6 克/升。

　　随后，该团队与 IBRL 的 Vijay Singh（通讯作者之一） 团队联结，使用产业闭连兴办对工艺举行端到端集成，扩大了琥珀酸的临盆周围。

　　在中试范围的发酵罐中以 300 倍的放大系数举办了批量发酵，行使甘蔗汁教化基得到了 63.1 克/升的琥珀酸。卑鄙处理搜罗两级真空蒸馏和结晶，可直接接纳琥珀酸，无需进一步酸化发酵液，总产率为 64%。

　　末端一步是与 Jeremy S. Guest（通讯作者之一） 配关，操纵其团队启发的开源软件平台 BioSTEAM 来因袭齐全的端到端、低 pH 值琥珀酸出产管线。技能经济领略 (TEA) 和生命周期评估评释，该工艺在经济上是可行的，并且相对待基于化石燃料的临盆工艺，可以淘汰 34% 至 90% 的 温室气体排放。其余，甘蔗自己生长也会吸取二氧化碳，或许进一步削减其碳行踪。

　　赵惠民流露，这条管线还可用于生产其我们产业上主要的有机酸，蕴涵 3-羟基丙酸 (3-HP)。今朝，用于一次性尿布和密封剂组件的 3-HP 商场凌驾 10 亿美元。

　　论文第一作者也走漏，梦想 I. orientalis 大概动作临盆多种有机酸的通用物业平台。

　　基于这项研讨，商讨人员已提交了一项看待 I. orientalis 酵母代谢工程分娩琥珀酸的临时专利申请（US63/354、994、VGT 和 HZ）。

　　免责阐明：本文旨在通报闭成生物学最新讯歇，不代表平台立场，不构成任何投资看法和提议，以官方/公司公布为准。本文也不是调养谋略推举，如需得到医治安顿指导，请前往正道医院就诊。

　　逢迎成生物学范畴科研从业者扫码加群，加深交请备注“单位+范畴+位置”（不加备注不予经过）↓↓↓