巴豆酸是一種含有四個(gè)碳原子并且含有雙鍵的有機(jī)羧酸,屬于工業(yè)酸分類領(lǐng)域之一，由于其分子內(nèi)具有碳碳雙鍵的結(jié)構(gòu),使其化學(xué)性質(zhì)較為活潑。巴豆酸主要在醫(yī)藥,化工等領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用。

　　目前巴豆酸的生產(chǎn)主要依賴化學(xué)合成法合成,以石油裂解所產(chǎn)生的乙烯為原料之一,再經(jīng)由一系列化學(xué)反應(yīng)最終由巴豆醛轉(zhuǎn)變?yōu)榘投顾帷?/span>

　　隨著國際能源危機(jī)的加重以及環(huán)境的惡化,顯然對于依賴化石燃料為基礎(chǔ)的工業(yè)從成本以及可持續(xù)發(fā)展的方面考慮,該產(chǎn)業(yè)都會(huì)受到一定程度的影響。所以人類不得不通過其他方式來實(shí)現(xiàn)輔助或替代該產(chǎn)業(yè)。

　　隨著基因工程學(xué)手段的發(fā)展,人類逐漸成功地從微生物中獲取一系列的物質(zhì),首當(dāng)其沖的模式生物也是人類目前為止研究最為透徹的微生物就是原核生物的代表大腸桿菌。雖然目前大多數(shù)的研究都是在該微生物中展開研究的,但是大腸桿菌因其具有一定的致病性,且原核表達(dá)系統(tǒng)的自身的一些生物特性限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用。隨之誕生的酵母體系被認(rèn)為是工業(yè)化生產(chǎn)中較為理想的表達(dá)體系模式生物,真核生物相較于原核生物,因其自身表達(dá)系統(tǒng)的完整性使得真核生物表達(dá)體系在工業(yè)化發(fā)酵產(chǎn)業(yè)上比大腸桿菌的表達(dá)體系更具優(yōu)勢。解脂耶氏酵母作為一種新型的酵母表達(dá)體系越來越被廣泛接受,因其較高的安全性(GRAS),使得該酵母代謝產(chǎn)生的產(chǎn)物被廣泛應(yīng)用于食品,醫(yī)藥等領(lǐng)域。同時(shí)解脂耶氏酵母自身具有脂肪酸代謝途徑,對低pH值等極端環(huán)境的耐受能力更強(qiáng)。綜上,以解脂耶氏酵母為載體,是當(dāng)前微生物發(fā)酵研究的主流方向之一。

　　在代謝工程改造解脂耶氏酵母的研究過程中,在設(shè)計(jì)巴豆酸代謝途徑之初,在丙酮丁醇梭菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)其自身代謝產(chǎn)丁醇的路徑中具有合成巴豆醛的相關(guān)的路徑和關(guān)鍵酶,并以此為基礎(chǔ)繼續(xù)挖掘,最終成功在解脂耶氏酵母中構(gòu)建了合成巴豆酸的合成路徑。通過氣相質(zhì)譜測定,培養(yǎng)基中含有巴豆酸。隨后通過高效液相色譜測定,巴豆酸的產(chǎn)量為62.24mg/L。隨后,對構(gòu)建的路徑進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化,通過過表達(dá)路徑中的關(guān)鍵酶,目的是實(shí)現(xiàn)過量積累巴豆酸前體物質(zhì)以達(dá)到巴豆酸的高產(chǎn),經(jīng)過液相測定產(chǎn)量達(dá)到123.49mg/L,產(chǎn)量提高近一倍之多。隨后繼續(xù)對路徑進(jìn)行優(yōu)化,將丙酮酸到乙酰輔酶A實(shí)現(xiàn)一步合成,降低了原本需要是三步才能合成的每步的代謝消耗,使得更多的前體物質(zhì)流向合成巴豆酸的下游,最終經(jīng)過液相測定巴豆酸的產(chǎn)量提高到了220.00mg/L,總體產(chǎn)量提升了2倍之多。

　　相較于化學(xué)法合成方式,該代謝工程改造解脂耶氏酵母產(chǎn)巴豆酸的研究實(shí)現(xiàn)了在生物體內(nèi)將糖類轉(zhuǎn)化為巴豆酸的過程,對底物和生產(chǎn)條件要求相對較低,產(chǎn)物對環(huán)境沒有很強(qiáng)烈的危害;相較于大腸桿菌的生產(chǎn)模式來說,本研究中所使用的菌種,適合高密度培養(yǎng),且對低pH環(huán)境耐受性相對較高,符合工業(yè)化生產(chǎn)的要求。