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中科院青島能源所 開發出“油脂結構定制化”微藻細胞工廠

2019-02-25 16:50:37

日前,中科院青島能源所單細胞中心研究證明,自然界中存在對于二十碳五烯酸(EPA)、亞油酸(LA)等多不飽和脂肪酸(PUFAs)分子具有選擇性的II型二酰甘油?;D移酶(DGAT2),并基于此示范了甘油三酯(TAG)之PUFA組成“定制化”的工業微藻細胞工廠。相關研究成果在線發表于《分子植物》。

 
甘油三酯是地球上能量載荷最高、結構最多元的生物大分子之一,因此它們是地球上動物、植物和人體中能量與碳源的存儲載體與通用“貨幣”,也是生物柴油的重要來源。每個TAG分子由1個甘油分子和其上搭載的3個脂肪酸(FA)分子構成,后者的飽和度與碳鏈長度等特征決定了TAG分子的營養功效、燃油特性與經濟價值。
 
是否能夠“定制化設計”TAG上的這三個FA的組成,來服務于精準健康與特種生物燃料合成呢?
 
微擬球藻是一種能夠將陽光、海水和二氧化碳直接轉化為TAG的工業產油微藻,在世界各地被作為一種燃料細胞工廠和高值餌料藻規模培養。其藻油中同時含有飽和脂肪酸(SFAs)、單不飽和脂肪酸(MUFAs)與PUFAs。如果MUFAs含量高,藻油較適合作為優質液體燃料,服務于能源市場;而如果PUFAs含量高,藻油則更適合作為人體保健品。
 
青島能源所單細胞中心前期在微擬球藻中發現了三個DGAT2,分別對于SFAs、MUFAs和PUFAs這三大類FA具有一定的底物偏好性。但是,PUFAs中涵蓋了數十種不同飽和度和鏈長的FA分子,其化學特性不同、營養功效各異,能否在單種PUFA分子的精度,實現TAG分子的理性設計呢?
 
該中心辛一、申琛等人在微擬球藻中發現了兩個全新的II型DGAT2蛋白元件,它們均在葉綠體上參與了TAG組裝,卻分別對EPA和LA具有特異的底物偏好性,繼而通過在微擬球藻中調節上述DGAT2的轉錄水平,實現了TAG分子上EPA和LA組成的理性控制。
 
工業微藻TAG中EPA和LA組成可控性的證明,為利用合成生物學手段生產自然界不存在或稀有的、具有特殊燃料特性或營養功效的“特種TAG”打開了大門。同時,這種設計TAG分子結構的方法,為基于工業微藻乃至動植物底盤來規模生產“精準燃料”和“精準營養”提供了嶄新思路。

 

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