近日，中國科學(xué)院近代物理研究所科研團隊與蘭州理工大學(xué)合作，通過重離子輻射和基因編輯技術(shù)，優(yōu)化了酵母代謝途徑，有效提升了酵母合成脂質(zhì)的能力。相關(guān)研究成果在《自然》雜志旗下國際期刊《通訊生物學(xué)》上發(fā)表。

酵母是一種重要的微生物，從酵母中提取的脂質(zhì)是一種高價值的化學(xué)原料，在能源、生物科技和消費品制造領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。然而，酵母通過天然代謝合成的脂質(zhì)產(chǎn)量非常有限，遠低于工業(yè)化生產(chǎn)需求。

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，酵母合成脂質(zhì)的關(guān)鍵因素之一是乙酰輔酶A，它充當(dāng)著脂質(zhì)分子的“原材料”。在酵母中，乙酰輔酶A作為脂肪酸和脂質(zhì)合成的關(guān)鍵前體分子，通過酵母細胞內(nèi)的代謝途徑被轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)分子。然而，在天然代謝途徑中，乙酰輔酶A往往被優(yōu)先分配用于其他關(guān)鍵細胞功能，如能量代謝和細胞壁合成，這種競爭性分流導(dǎo)致合成脂質(zhì)的乙酰輔酶A供應(yīng)不足，進而導(dǎo)致脂質(zhì)的產(chǎn)量低下。在未經(jīng)改造的酵母中，脂質(zhì)產(chǎn)量通常低于細胞干重的10%，遠低于工業(yè)應(yīng)用所需的30%以上的理想水平。

為了增加脂質(zhì)合成量，科研人員利用蘭州重離子加速器（HIRFL）對酵母進行重離子輻射處理，結(jié)合多組學(xué)方法識別并驗證了與脂質(zhì)合成相關(guān)的關(guān)鍵基因ALD4，再通過基因編輯技術(shù)，提高了ALD4基因相關(guān)代謝產(chǎn)物的生成效率，有效增加乙酰輔酶A的供應(yīng)，使乙酰輔酶A的水平較之前提高了17.1%。實驗結(jié)果顯示，改造后的酵母脂質(zhì)產(chǎn)量較改造前提升了20.1%。

上述方法的應(yīng)用，使得酵母等微生物在復(fù)雜工業(yè)化場景中的發(fā)酵性能顯著增強，也為生物制造、微生物新菌種資源等方面的研究提供了有力支撐，具有良好的應(yīng)用前景。

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