在全球糧食需求持續(xù)增長與氣候變化壓力日益凸顯的背景下，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)蛋白生產(chǎn)模式面臨資源消耗高、環(huán)境代價大的可持續(xù)性挑戰(zhàn)。我國長期依賴進口蛋白原料，進口比例高達80%以上，這不僅增加了供應鏈風險，更對國家糧食安全構成重大威脅。如何開拓新型蛋白資源，構建自主可控的蛋白供給體系，成為農(nóng)業(yè)科技攻關的核心問題。

近日，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所吳信研究員團隊在《科學通報》發(fā)表了題為“甲基營養(yǎng)型畢赤酵母單細胞蛋白研究進展”的綜述論文，系統(tǒng)總結了甲基營養(yǎng)型畢赤酵母作為單細胞蛋白（single cell protein , SCP）生產(chǎn)菌種的最新研究進展。文章從代謝機制解析、工程菌株構建、發(fā)酵工藝優(yōu)化到產(chǎn)業(yè)化應用等多個維度，全面梳理了該領域的關鍵技術突破與發(fā)展路徑。

甲基營養(yǎng)型畢赤酵母因其能夠利用甲醇作為碳源、生長迅速、可實現(xiàn)高密度發(fā)酵，且被認定為GRAS（generally recognized as safe, 一般認為安全）微生物，被認為是理想的SCP工業(yè)化生產(chǎn)平臺。然而，野生型菌株存在蛋白質(zhì)含量偏低（40%–50%）、必需氨基酸組成不平衡、對甲醇及其毒性中間產(chǎn)物耐受性差等問題，限制了其產(chǎn)業(yè)化應用。

文章系統(tǒng)闡述了通過理性代謝工程與適應性實驗室進化（adaptive laboratory evolution, ALE）相結合的策略，對畢赤酵母進行多層次的精準調(diào)控。在代謝層面，研究團隊通過改造醇氧化酶（alcohol oxidase, AOX）強化甲醇氧化、過表達二羥基丙酮合酶提升碳同化效率、構建蛋白質(zhì)支架優(yōu)化中間體傳遞，實現(xiàn)了碳代謝通量的精細平衡。同時，通過強化氮代謝途徑和細胞壁重構，顯著提高了氮源利用效率和蛋白質(zhì)積累能力。值得一提的是，通過長期在高甲醇濃度和高溫壓力下的適應性進化，團隊成功選育出工程菌株HTX-33。該菌株在中試規(guī)模發(fā)酵中表現(xiàn)出卓越性能：生物量達到63.37 g DCW/L，甲醇轉(zhuǎn)化率為0.46 g DCW/g，粗蛋白含量高達50.6%，相關指標均達到國際先進水平。

在推進基礎研究的同時，也應注重技術創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)應用的緊密結合。通過優(yōu)化發(fā)酵工藝參數(shù)，包括碳氮源比例、溶氧調(diào)控及動態(tài)補料策略，進一步提升SCP生產(chǎn)效率，顯著增強工業(yè)放大適應性。目前，畢赤酵母SCP已在食品和飼料領域展現(xiàn)出廣泛應用前景。在食品領域，SCP被用于高蛋白食品、肉替代品和膳食補充劑；在飼料領域，SCP正逐步替代魚粉、豆粕等傳統(tǒng)蛋白源，在水產(chǎn)、禽類及反芻動物飼料中發(fā)揮重要作用。

本綜述不僅是對畢赤酵母SCP生產(chǎn)菌株改造策略的系統(tǒng)總結，更是對未來非糧型蛋白制造方向的科學展望。未來，隨著人工智能、高通量篩選等前沿技術與合成生物學的深度融合，將進一步加速高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、營養(yǎng)均衡的SCP菌株的迭代升級，為我國構建自主可控的蛋白供給體系、保障國家糧食安全貢獻“微生物智造”的中國方案。

中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所吳信研究員為論文通訊作者，天津工業(yè)生物技術研究所研究生袁潔為論文第一作者。相關研究受到中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（XDC0110304）和天津市科技計劃項目(23YFYSHZ00140) 資助。

文章信息

袁潔，董燦燦，戎友燕，等.甲基營養(yǎng)型畢赤酵母單細胞蛋白研究進展. 科學通報, 2026.

https://doi.org/10.1360/CSB-2025-5384

轉(zhuǎn)載、投稿請留言

| 關注科學通報 | 了解科學前沿