甘油三酯（TAG）是地球上能量載荷、結(jié)構(gòu)最多元的生物大分子之一，因此它們是地球上動(dòng)物、植物和人體中能量與碳源的存儲(chǔ)載體與通用貨幣，也是生物柴油的重要來(lái)源。每個(gè)TAG分子由一個(gè)甘油分子和其上搭載的三個(gè)脂肪酸（FA）分子構(gòu)成，后者的飽和度與碳鏈長(zhǎng)度等特征，決定了TAG分子的營(yíng)養(yǎng)功效、燃油特性與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。是否能夠“定制化設(shè)計(jì)”TAG上這三個(gè)FA的組成，來(lái)服務(wù)于精準(zhǔn)健康與特種生物燃料合成呢？
中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所單細(xì)胞中心證明，自然界中存在對(duì)于二十碳五烯酸（EPA）、亞油酸（LA）等多不飽和脂肪酸分子（PUFAs）具有選擇性的II型二酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶（DGAT2），并基于此示范了TAG之PUFA組成“定制化”的工業(yè)微藻細(xì)胞工廠。這一發(fā)現(xiàn)為利用合成生物學(xué)手段，生產(chǎn)自然界不存在或稀有的、具有特殊燃料特性或營(yíng)養(yǎng)功效的“特種TAG”打開了大門。這一成果在線發(fā)表于Molecular Plant。
微擬球藻（Nannochloropsis spp.）是一種能夠?qū)㈥?yáng)光、海水和二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為TAG的工業(yè)產(chǎn)油微藻，在世界各地作為一種燃料細(xì)胞工廠和高值餌料藻規(guī)模培養(yǎng)。其藻油中同時(shí)含有飽和脂肪酸（SFAs）、單不飽和脂肪酸（MUFAs）與PUFAs。如果MUFAs含量高，藻油較適合作為優(yōu)質(zhì)液體燃料，服務(wù)于能源市場(chǎng)；而如果PUFAs含量高，藻油則更適合作為人體保健品。單細(xì)胞中心前期在微擬球藻發(fā)現(xiàn)了三個(gè)DGAT2，分別對(duì)于SFAs、MUFAs和PUFAs這三大類FA具有一定的底物偏好性（Xin， et al， Mol Plant， 2017）。但是，PUFAs中涵蓋了數(shù)十種不同飽和度和鏈長(zhǎng)的FA分子，其化學(xué)特性不同、營(yíng)養(yǎng)功效各異，能否在單種PUFA分子的精度，實(shí)現(xiàn)TAG分子的理性設(shè)計(jì)呢？
針對(duì)上述問(wèn)題，青島能源所單細(xì)胞中心辛一、申琛等人在微擬球藻中又發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)全新的DGAT2蛋白元件，它們均在葉綠體上參與了TAG組裝，卻分別對(duì)二十碳五烯酸（EPA）和亞油酸（LA）具有特異的底物偏好性。繼而通過(guò)在微擬球藻中調(diào)節(jié)上述DGAT2的轉(zhuǎn)錄水平，實(shí)現(xiàn)了TAG分子上EPA和LA組成的理性控制（圖1）。EPA和LA均屬于“人體必需脂肪酸”，人體自身無(wú)法合成，必須從食物中獲得。
EPA對(duì)于治療冠狀動(dòng)脈心臟病、高血壓和炎癥有效，而LA則能降低血液膽固醇，預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化。因此，工業(yè)微藻TAG中EPA和LA組成可控性的證明，為大規(guī)模、低成本合成自然界中稀少或不存在、卻具特殊藥物功效或燃料特性的TAG分子奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，這種通過(guò)利用油脂組裝元件之間不同的底物選擇性，來(lái)理性設(shè)計(jì)TAG分子結(jié)構(gòu)的方法，為基于工業(yè)微藻乃至動(dòng)植物底盤來(lái)規(guī)模生產(chǎn)“精準(zhǔn)燃料”和“精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)”提供了嶄新思路。
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