自然界里某些含脂類的微生物細(xì)胞是高質(zhì)量油脂，特別是長鏈多不飽和脂肪酸的生產(chǎn)者,。微生物油脂不僅有益健康,， 而且是生物柴油潛在的油脂來源。由于氣候變化,，耕地減少,，科學(xué)家早就提出開發(fā)微生物油脂作為動(dòng)植物油脂可替代的來源。但由于經(jīng)濟(jì)原因,， 這個(gè)過程進(jìn)展緩慢,，其瓶頸在于微生物細(xì)胞合成油脂的效率太低。
由中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院余增亮,、黃青作為通訊作者的《微生物油脂花生四烯酸產(chǎn)生菌離子束誘變和發(fā)酵調(diào)控》一文初步探索了這個(gè)問題,。該文發(fā)表于《科學(xué)通報(bào)》Chinese Science Bulletin上。他們利用自己創(chuàng)建的離子束生物技術(shù)對(duì)細(xì)胞內(nèi)含脂類的微生物進(jìn)行遺傳性修飾,，獲得一株脂肪酸含量占細(xì)胞生物量50%以上的新菌株,，其中花生四烯酸含量占總脂的70%。
1994年,，聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）發(fā)表“脂肪,、油脂與人類營養(yǎng)”的研究報(bào)告，提出嬰幼兒,，特別是早產(chǎn)兒和非母乳喂養(yǎng)的嬰兒食品中應(yīng)添加適量的花生四烯酸,。然而，自然界除了母乳含有較豐富的花生四烯酸外,， 資源十分稀缺,。因此， 開發(fā)微生物來源的花生四烯酸油脂就成為國內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)課題,。
20 年多前,， 研究者將不同種類的離子加速到一定的能量，注入到體內(nèi)含有多種長鏈脂肪酸的高山被孢霉菌細(xì)胞中,。第一步,，誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)由乙酰輔酶A到軟脂酸合成的基因突變，獲得總脂肪酸含量大幅提高的突變菌株,；第二步,，誘導(dǎo)突變菌株代謝過程朝著有利于花生四烯酸積累的方向變化。經(jīng)過多輪鑒定和遺傳穩(wěn)定性考察,， 最終篩選到一株細(xì)胞內(nèi)富含花生四烯酸的新菌株,， 其經(jīng)濟(jì)性比野生菌株提高近20倍，具備了商業(yè)化開發(fā)的潛力,，在中國武漢建立生產(chǎn)基地進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的發(fā)酵調(diào)控研究,。
根據(jù)微生物生長繁殖的營養(yǎng)需求,，發(fā)酵調(diào)控通常采取培養(yǎng)基優(yōu)化的策略，要求提供的營養(yǎng)素全面而均衡,?；ㄉ南┧崾走x的應(yīng)用是嬰幼兒食品強(qiáng)化劑，為了降低發(fā)酵底物殘留帶來的安全性問題,，培養(yǎng)基組成應(yīng)盡可能簡單,。一個(gè)巧妙的解決辦法是重復(fù)利用高山被孢霉菌體提取油脂后的殘?bào)w(菌粕)制備花生四烯酸。這不僅使培養(yǎng)基從原來的七種精簡為葡萄糖和菌粕兩種,，而且“吃干榨盡”,，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則。生產(chǎn)實(shí)踐表明,，新菌株在最簡底物下發(fā)酵,，11批次200立方反應(yīng)器平均單位容積的生物量（干菌體）達(dá)到35.8 g/L， 油脂含量18.4 g/L,，花生四烯酸產(chǎn)率8.97 g/L,。這個(gè)結(jié)果引起科學(xué)家的關(guān)注。
Z. Cohen 和C. Ratledge 在他們合著的 Single Cell Oils 一書中說,， 人們正在探尋富含花生四烯酸油脂的生物合成技術(shù),。已經(jīng)知道，中國實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo),，這是由武漢烯王生物工程公司利用高山被孢霉菌的新菌株在容積為50立方以上反應(yīng)器規(guī)模進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的,。
大部分微生物油脂的脂肪酸組成和一般植物油相近，開發(fā)微生物油脂資源是生物柴油產(chǎn)業(yè)和生物經(jīng)濟(jì)的重要研究方向,。該研究不僅開發(fā)了廉價(jià)的花生四烯酸資源,，而且其創(chuàng)建的技術(shù)，如離子束細(xì)胞修飾技術(shù),、菌粕重復(fù)利用等,，為解決微生物油脂產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)瓶頸提供了新的思路。該研究得到了國家“八五”和“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃（批準(zhǔn)號(hào)： 85-722-22-01和2001BA302B－04）的資助,。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1360/972011-2199
PMC:
PMID:
Ion-beam-mutation breeding of an arachidonic acid biosynthesis microorganism and its industrial fermentation control
YU ZengLiang, WANG Ji, YUAN ChengLing, HUANG Qing, FENG HuiYun, GONG GuoHong, ZHENG ZhiMing, YAO JianMing
Some microorganisms in nature produce high-quality oils. These oils provide nutritional benefits to human health, and can be potential sources of biodiesel. Developing microorganism-derived oils, also known as single-cell oils, is particularly important for China because of the shortage of oil resources. We have bred a high-yielding, polyunsaturated fatty acids (PUFCs)-producing strain from the fungi Mortierella alpine by using a two-step strategy of ion-beam-mutation breeding and PUFCs productivity screening. We further studied the nutritional requirements of this new strain, and developed a technique that recycles the fungi residues, after oil extraction, into fermentation substrates. A biomass of 38.2 g/L, 20.67 g/L of which were oils, was reached in the 6×50 m3 and 4×200 m3 highcapacity reactors, designed for mycelial fungus fermentation at high-density, with optimized energy and mass transmission efficiency. Among the oils, the content of the physiologically active arachidonic acid reached 9.89 g/L at the highest level and 8.97 g/L on average. Residual oils, after arachidonic acid extraction and refinement, were processed into biodiesel, the main indexes of which attained the national standards.
