【SynBioCon】获悉，近日，山东大学微生物改造技术全国重点实验室祁庆生团队在《Metabolic Engineering》上发表题为" Engineered Non-Canonical Reductive TCA Pathway Drives High-Yield Succinic Acid Biosynthesis in Yarrowia lipolytica "的研究论文。博士研究生陶慧琳为论文第一作者，祁庆生教授和崔志勇副研究员为通讯作者。山东大学微生物改造技术全国重点实验室为第一完成单位和通讯作者单位。

C4-二羧酸是一类具有应用价值的化合物，广泛应用于医药、化工、食品等领域。其中，丁二酸作为多种高价值化学品的平台化合物，可以合成1,4 - 丁二醇、四氢呋喃、聚丁二酸丁二醇酯等产品，在化工以及塑料降解领域具有重要价值。解酯耶氏酵母凭借优异的耐酸性以及对低成本原料的兼容性，成为丁二酸生物合成的潜力宿主。还原TCA（rTCA）途径由于合成路径短、理论转化率高是目前C4-二羧酸合成的主要途径。但酵母不存在天然的rTCA途径，异源引入后胞质内NADH不足以满足rTCA途径合成丁二酸所需，使目前丁二酸生物合成转化率远低于理论转化率。

为解决这一氧化还原失衡问题，该团队在前期通过代谢途径线粒体区室化构建了丁二酸高产解酯耶氏酵母菌株（Nature Communications, 2023），其他研究团队分别通过使用还原性原料作为碳源、表达转氢酶等策略来解决rTCA途径带来的氧化还原失衡问题，虽然获得高产量丁二酸，但转化率仍然具有提升空间。

针对于传统rTCA途径面临的氧化还原失衡问题，该团队提出了一条丁二酸合成新途径非经典rTCA（Nc-rTCA）途径。利用内源天冬氨酸转氨酶YlAAT及异源天冬氨酸氨裂解酶AAL，将草酰乙酸经天冬氨酸转化为富马酸，绕过rTCA途径中NADH依赖的苹果酸脱氢酶。表达NADPH依赖的谷氨酸脱氢酶YlGDH形成NH4+合成与利用循环，成功将AAT以及AAL催化的可逆反应向富马酸合成方向推动。后续通过副产物苹果酸积累原因探究，针对性减少副产物积累，使工程菌株丁二酸转化率得到显著提高。

通过系统优化获得工程解酯耶氏酵母菌株Ncr12，在5-L发酵罐中以葡萄糖为碳源，丁二酸产量为98.16 g/L，转化率为0.91 g/g葡萄糖，这是目前酵母中以葡萄糖作为碳源生产丁二酸的最高转化率。

同时，以非粮廉价原料粗甘油以及木质纤维素作为碳源，丁二酸产量分别为117.74 g/L和74.34 g/L，转化率分别为0.74 g/g甘油和0.98 g/g葡萄糖，均为酵母中各自碳源合成丁二酸的最高转化率。

解酯耶氏酵母Nc-rTCA途径与rTCA途径示意图。

PPP途径存在于大多数生物体是NADPH的主要来源，因此Nc-rTCA途径理论上是普适可扩展的合成途径。上述研究不仅为丁二酸生产提供了新型途径，也为其它生物基C4-二羧酸的工业化生产提供可扩展平台。

该研究得到国家自然科学基金（22208192、U23A2026）和山东大学微生物改造技术全国重点实验室前沿与挑战项目（SKLMTFCP-2023-03）的资助。来源：山东大学微生物改造技术全国重点实验室

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2025.11.003

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