中鏈甘油三酯（Mid-chain Triacylglycerides; MCT）是一種特殊的功能油脂，在臨床上主要用于減肥、促進(jìn)能量代謝、以及促進(jìn)腦退化人群的恢復(fù)。近期，青島能源所單細(xì)胞中心與大連化物所高分辨分離分析及代謝組學(xué)研究組合作，揭示了微藻細(xì)胞中調(diào)控MCT合成的分子機(jī)制，進(jìn)而開發(fā)出高產(chǎn)MCT的工業(yè)產(chǎn)油微藻細(xì)胞工廠。該成果在線發(fā)表于《植物生理學(xué)》Plant Physiology。
高產(chǎn)中鏈甘油三酯（MCT）的工業(yè)微藻細(xì)胞工廠
MCT是指含有三條中鏈脂肪酸（MCFA，由8至12個碳原子構(gòu)成）的甘油三酯。MCT不需要膽鹽即可完整地被吸收到小腸粘膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并直接以脂肪酸形式由門靜脈進(jìn)入肝臟。因此，MCT可為身體快速供能，不會形成脂肪在體內(nèi)堆積，具有重要的健康功效。
目前MCT通過水解、過濾和再酯化棕櫚油或椰子油生產(chǎn)，但棕櫚和椰子僅可在熱帶和亞熱帶地區(qū)種植，且通常植物只有3%的干重會以油脂的形式儲存，因此業(yè)界亟需更高效和環(huán)保的MCT生產(chǎn)方式。
微擬球藻（Nannochloropsis spp.）是一種能夠?qū)㈥柟?、海水和二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為甘油三酯（TAG）的工業(yè)產(chǎn)油微藻，其TAG中含有超過20種脂肪酸。是否能夠“定制化設(shè)計(jì)”TAG上的脂肪酸長度，從而利用微擬球藻來實(shí)現(xiàn)MCT的合成呢？單細(xì)胞中心辛一副研究員帶領(lǐng)的研究小組，聯(lián)合王勤濤助理研究員、申琛助理研究員、大連化物所胡春秀副研究員等，通過MCFA介導(dǎo)的酵母異源表達(dá)和體外酶學(xué)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在微擬球藻中僅有兩個II型二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶（NoDGAT2）能夠組裝MCFA為MCT。其中，NoDGAT2D是個“全科”技工，能組裝C8到C18等各種鏈長的脂肪酸；而NoDGAT2H則是個“?？啤奔脊?，專門組裝C8和C12這兩種MCFA。亞細(xì)胞定位實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明這兩個DGAT2均在葉綠體上參與了TAG的組裝。
進(jìn)而，研究人員在微擬球藻中理性調(diào)控上述兩個DGAT2的轉(zhuǎn)錄水平，并結(jié)合其他多個外源MCT合成酶的表達(dá)，構(gòu)建了高產(chǎn)MCT的工程藻株。在峰值產(chǎn)油階段，工程藻株的MCT含量比野生型提高了64.8倍。
TAG中脂肪酸的飽和度和鏈長作為兩大關(guān)鍵指標(biāo)，決定著藻油的經(jīng)濟(jì)價值。前期，單細(xì)胞中心團(tuán)隊(duì)揭示了微擬球藻調(diào)控TAG中脂肪酸飽和度的機(jī)制（Xin, et al,
Mol Plant, 2017; Xin, et al,
Mol Plant, 2019）。本工作則進(jìn)一步揭示了該藻調(diào)控TAG中脂肪酸鏈長的機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了以工業(yè)微藻為底盤，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)可定制化的油脂分子，為從
CO2一步法生物合成各種具特殊性能的燃油與食用油產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。
本工作由青島能源所單細(xì)胞中心徐健研究員團(tuán)隊(duì)與大連化物所高分辨分離分析及代謝組學(xué)研究組許國旺研究員團(tuán)隊(duì)合作完成，得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、大連化物所-青島能源所融合基金項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)基金的支持。
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.
