中国科学院天津工业生物技术研究所研究团队在酿酒酵母代谢通量动态调控方面取得重要进展。
光控酿酒酵母代谢调控系统示意图
酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）是代谢工程中应用最广泛的微生物底盘之一。但由于“Crabtree效应”的存在，该菌在高葡萄糖条件下倾向于大量生成乙醇，从而限制了其他高价值代谢产物的合成。传统代谢工程主要依赖不可逆的基因改造手段，难以满足对代谢过程进行动态、可逆调控的需求。
针对这一问题，研究人员引入光遗传学策略，构建了一种可通过光信号实现精细调控的乙醇代谢控制体系。研究中，团队在丙酮酸脱羧酶同工酶1（Pdc1）中，向经过理性筛选的结构位点插入光敏模块AsLOV2和cpLOV2结构域，对酶蛋白进行功能重构。通过基于生长表型的筛选体系，研究人员获得了两种对蓝光响应的Pdc1变体，分别命名为OptoPdc1D1和OptoPdc1D2，实现了酶活性对光信号的依赖性调控。
在此基础上，研究团队进一步构建了两株光遗传调控酿酒酵母菌株MLy-9和MLy-10。实验结果表明，这两株菌株能够在蓝光条件下高效调控细胞生长和乙醇生成水平，对乙醇生物合成实现可靠控制，其动态调控范围可达约20倍至120倍。
研究还发现，所构建的光遗传酿酒酵母对蓝光强度和光脉冲模式呈现明显的剂量依赖性响应，显示出较高的调控精度和可塑性。这一结果验证了该体系在代谢调控中的稳定性与灵活性。
研究人员指出，该工作提出了一种基于蛋白质水平的代谢调控新策略，为在酿酒酵母中实现乙醇代谢的可逆、精准调控提供了有效方法，也为光遗传学在微生物代谢工程中的应用拓展了新的研究路径。