本文系A(chǔ)gricultural Products Processing and Storage原創(chuàng)編譯，歡迎分享，轉(zhuǎn)載請(qǐng)授權(quán)。

Introduction

功能性不飽和脂肪酸，作為脂質(zhì)的主要活性和功能成分，不僅對(duì)生命活動(dòng)提供能量，還可以幫助預(yù)防疾病，被廣泛用于保健品、醫(yī)療、功能性食品中。根據(jù)雙鍵位置，功能性不飽和脂肪酸主要分為3組，第一組是Omega-3多不飽和脂肪酸，典型的是二十二碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA），其對(duì)心腦血管疾病、抗炎以及退行性神經(jīng)疾病等具有顯著功效。第二組是Omega-6多不飽和脂肪酸，典型的是花生四烯酸（ARA）和γ-亞麻酸（GLA），其對(duì)腫瘤治療以及炎癥疾病具有顯著功效。第三組是Omega-9不飽和脂肪酸，油酸（OA）是典型的Omega-9不飽和脂肪酸，在材料合成和疾病治療中具有廣泛的應(yīng)用。

由于不斷增長(zhǎng)的人口和健康意識(shí)的提升，功能性脂肪酸傳統(tǒng)來(lái)源面臨挑戰(zhàn)：資源限制、純度低、可持續(xù)性問題，已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)需求。產(chǎn)油微生物為功能性脂肪酸的生產(chǎn)提供了一個(gè)有潛力的可持續(xù)平臺(tái)。解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica），作為“一般公認(rèn)安全“菌株，具有強(qiáng)的油脂積累能力、成熟的基因編輯工具以及強(qiáng)魯棒性等特點(diǎn)，被認(rèn)為是可持續(xù)合成油脂的宿主。解脂耶氏酵母通過延長(zhǎng)去飽和途徑合成脂肪酸（圖1，綠色表示內(nèi)源途徑），天然生產(chǎn)的不飽和脂肪酸是油酸和亞油酸（LA），必須通過代謝工程合成其他的多不飽和脂肪酸。延長(zhǎng)去飽和途徑分為?-6途徑和?-9途徑，無(wú)論哪種途徑，延長(zhǎng)酶和去飽和酶對(duì)底物鏈長(zhǎng)及雙鍵位置具有顯著的底物特異性，其在各種微生物、動(dòng)物、植物中被鑒定和表征。因此，脂肪酸多樣性高度依賴延長(zhǎng)與去飽和酶的底物選擇性與催化效率。

圖1 脂肪酸合成途徑

Content

南京師范大學(xué)黃和院士團(tuán)隊(duì)深入解析Omega-6、Omega-3、Omega-9脂肪酸合成過程中關(guān)鍵限速酶以及最佳合成途徑，并且介紹了單一脂肪酸和復(fù)合脂肪酸定制化生產(chǎn)的最佳策略及潛在挑戰(zhàn)，旨在為微生物中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)代謝工程改造去定制化生產(chǎn)油脂和脂肪酸產(chǎn)品提供基礎(chǔ)。

不同脂肪酸合成過程中關(guān)鍵限速酶不同。Δ9去飽和酶是Omega-9脂肪酸合成過程中關(guān)鍵限速酶；Δ6去飽和酶和Δ6延長(zhǎng)酶是Omega-6脂肪酸合成過程中關(guān)鍵限速酶；ω3去飽和酶和Δ5延長(zhǎng)酶是Omega-3脂肪酸合成過程中關(guān)鍵限速酶。

Omega-6、Omega-3、Omega-9脂肪酸合成瓶頸不同。ω9脂肪酸（如油酸）的合成受Δ9去飽和酶的底物特異性調(diào)控；ω3/ω6多不飽和脂肪酸的合成受限于代謝網(wǎng)絡(luò)和氧化還原穩(wěn)態(tài)的平衡。這也表明針對(duì)不同的產(chǎn)品，需要不同的策略提高功能性多不飽和脂肪酸的生產(chǎn)。例如，通過機(jī)器學(xué)習(xí)鑒定并預(yù)測(cè)酶及酶-底物作用特征，提高Δ9去飽和酶的篩選進(jìn)程以及催化效率，結(jié)合人工智能加快“設(shè)計(jì)、構(gòu)建、測(cè)試、學(xué)習(xí)（DBTL）”循環(huán)是提高細(xì)胞工廠的構(gòu)建效率。此外，“按需設(shè)計(jì)”實(shí)現(xiàn)脂肪酸的定制化生產(chǎn)也是未來(lái)的研究趨勢(shì)。例如，解析Δ19去飽和酶促進(jìn)二十二碳五烯酸（DPA）向DHA的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)高比例的DHA/DPA產(chǎn)品的定制化生產(chǎn)；鑒定多重延伸作用的Δ5延長(zhǎng)酶構(gòu)建DHA/EPA魚油比例的細(xì)胞工廠。

Conclusion

解脂耶氏酵母憑借其高的乙酰輔酶A通量、優(yōu)異的油脂積累能力與成熟的基因編輯工具，成為重構(gòu)多不飽和脂肪酸合成途徑的首選底盤細(xì)胞。但是仍存在一些挑戰(zhàn)阻礙了解脂耶氏酵母油脂工業(yè)化進(jìn)程，比如基因調(diào)控工具缺乏、多基因編輯效率低、油脂合成與儲(chǔ)存調(diào)控機(jī)制不明、難以破壁進(jìn)行油脂提取等，因此解決上述問題將進(jìn)一步激發(fā)解脂耶氏酵母合成脂肪酸的潛力，使其成為具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的生物轉(zhuǎn)化平臺(tái)。

第一作者

杜菲，女，現(xiàn)南京師范大學(xué)食品與制藥工程學(xué)院博二研究生。主要研究方向是解析解脂耶氏酵母油脂合成與儲(chǔ)存的機(jī)制，功能性脂肪酸的生物制造。以第一作者在Nature Chemical Biology、Nature Communications等期刊發(fā)表SCI論文6篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)，榮獲中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程博士專項(xiàng)計(jì)劃、國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金等多種榮譽(yù)。

通信作者

黃和，男，中國(guó)工程院院士，現(xiàn)南京師范大學(xué)副校長(zhǎng)、南京師范大學(xué)食品與制藥工程學(xué)院院長(zhǎng)，教授，博士生導(dǎo)師。主要以微生物為核心，基于代謝工程及合成生物學(xué)，對(duì)微生物資源進(jìn)行挖掘、分析和改造，結(jié)合發(fā)酵工程等手段進(jìn)行下游產(chǎn)品（生物基化學(xué)品、營(yíng)養(yǎng)化學(xué)品、醫(yī)藥中間體等）的開發(fā)。獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)青年創(chuàng)新獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。作為第一完成人獲授權(quán)發(fā)明專利90余件；作為第一或通訊作者國(guó)際權(quán)威期刊上發(fā)表SCI論文170余篇。

Advances in production of customized functional unsaturated fatty acids in Yarrowia lipolytica

Fei Du1,2, Feng Zhang1, Yiwen Hang1, Hongyan Jing1, Yi Zheng1, Wang Ma1, Xiaoman Sun1,2, He Huang1,2*

1 State Key Laboratory of Microbial Technology, Nanjing Normal University, Nanjing, 210023, China

2 School of Food Science and Pharmaceutical Engineering, Nanjing Normal University, Nanjing, 210023, China

*Corresponding author.

Abstract

Functional unsaturated fatty acids are the main active ingredients of lipids, which not only provide energy for life activities, but also help in disease prevention, so they are widely used in health care products, medical treatment, and functional foods. Current resource limitations and climate change encourage the development of sustainable production approaches for functional unsaturated fatty acids. Using the microbial cell factory is an efficient and sustainable approach. Yarrowia lipolytica is considered a particularly attractive platform for sustainable lipid production due to strong lipid accumulation capacity, mature gene-editing tools, and strong environmental tolerance. In this review, we introduced the contribution of key rate-limiting elongase and desaturase in the synthesis of functional unsaturated fatty acids in detail. In addition, from the product perspective, we focused on the latest research strategies and existing challenges to synthesize mono fatty acids and compound fatty acids in Y. lipolytica. This review provides a more comprehensive and in-depth understanding of the synthesis of functional fatty acids and other oleochemical.

Reference:

Du, F., Zhang, F., Hang, Y. et al. Advances in production of customized functional unsaturated fatty acids in Yarrowia lipolytica. Agric. Prod. Process. Sto. 1, 14 (2025). https://doi.org/10.1007/s44462-025-00016-6

本文編譯內(nèi)容由作者提供

編輯：梁安琪；責(zé)任編輯：孫勇

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