科學(xué)通報 | 中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所吳信團(tuán)隊(duì)綜述甲基營養(yǎng)型畢赤酵母單細(xì)胞蛋白研究進(jìn)展

在全球糧食需求持續(xù)增長與氣候變化壓力日益凸顯的背景下，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)蛋白生產(chǎn)模式面臨資源消耗高、環(huán)境代價大的可持續(xù)性挑戰(zhàn)。我國長期依賴進(jìn)口蛋白原料，進(jìn)口比例高達(dá)80%以上，這不僅增加了供應(yīng)鏈風(fēng)險，更對國家糧食安全構(gòu)成重大威脅。如何開拓新型蛋白資源，構(gòu)建自主可控的蛋白供給體系，成為農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)的核心問題。

近日，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所吳信研究員團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)通報》發(fā)表了題為“甲基營養(yǎng)型畢赤酵母單細(xì)胞蛋白研究進(jìn)展”的綜述論文，系統(tǒng)總結(jié)了甲基營養(yǎng)型畢赤酵母作為單細(xì)胞蛋白（single cell protein , SCP）生產(chǎn)菌種的最新研究進(jìn)展。文章從代謝機(jī)制解析、工程菌株構(gòu)建、發(fā)酵工藝優(yōu)化到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等多個維度，全面梳理了該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)突破與發(fā)展路徑。

甲基營養(yǎng)型畢赤酵母因其能夠利用甲醇作為碳源、生長迅速、可實(shí)現(xiàn)高密度發(fā)酵，且被認(rèn)定為GRAS（generally recognized as safe, 一般認(rèn)為安全）微生物，被認(rèn)為是理想的SCP工業(yè)化生產(chǎn)平臺。然而，野生型菌株存在蛋白質(zhì)含量偏低（40%–50%）、必需氨基酸組成不平衡、對甲醇及其毒性中間產(chǎn)物耐受性差等問題，限制了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

文章系統(tǒng)闡述了通過理性代謝工程與適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)化（adaptive laboratory evolution, ALE）相結(jié)合的策略，對畢赤酵母進(jìn)行多層次的精準(zhǔn)調(diào)控。在代謝層面，研究團(tuán)隊(duì)通過改造醇氧化酶（alcohol oxidase, AOX）強(qiáng)化甲醇氧化、過表達(dá)二羥基丙酮合酶提升碳同化效率、構(gòu)建蛋白質(zhì)支架優(yōu)化中間體傳遞，實(shí)現(xiàn)了碳代謝通量的精細(xì)平衡。同時，通過強(qiáng)化氮代謝途徑和細(xì)胞壁重構(gòu)，顯著提高了氮源利用效率和蛋白質(zhì)積累能力。值得一提的是，通過長期在高甲醇濃度和高溫壓力下的適應(yīng)性進(jìn)化，團(tuán)隊(duì)成功選育出工程菌株HTX-33。該菌株在中試規(guī)模發(fā)酵中表現(xiàn)出卓越性能：生物量達(dá)到63.37 g DCW/L，甲醇轉(zhuǎn)化率為0.46 g DCW/g，粗蛋白含量高達(dá)50.6%，相關(guān)指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平。

在推進(jìn)基礎(chǔ)研究的同時，也應(yīng)注重技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的緊密結(jié)合。通過優(yōu)化發(fā)酵工藝參數(shù)，包括碳氮源比例、溶氧調(diào)控及動態(tài)補(bǔ)料策略，進(jìn)一步提升SCP生產(chǎn)效率，顯著增強(qiáng)工業(yè)放大適應(yīng)性。目前，畢赤酵母SCP已在食品和飼料領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛應(yīng)用前景。在食品領(lǐng)域，SCP被用于高蛋白食品、肉替代品和膳食補(bǔ)充劑；在飼料領(lǐng)域，SCP正逐步替代魚粉、豆粕等傳統(tǒng)蛋白源，在水產(chǎn)、禽類及反芻動物飼料中發(fā)揮重要作用。

本綜述不僅是對畢赤酵母SCP生產(chǎn)菌株改造策略的系統(tǒng)總結(jié)，更是對未來非糧型蛋白制造方向的科學(xué)展望。未來，隨著人工智能、高通量篩選等前沿技術(shù)與合成生物學(xué)的深度融合，將進(jìn)一步加速高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、營養(yǎng)均衡的SCP菌株的迭代升級，為我國構(gòu)建自主可控的蛋白供給體系、保障國家糧食安全貢獻(xiàn)“微生物智造”的中國方案。

中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所吳信研究員為論文通訊作者，天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究生袁潔為論文第一作者。相關(guān)研究受到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDC0110304）和天津市科技計劃項(xiàng)目(23YFYSHZ00140) 資助。

文章信息

袁潔，董燦燦，戎友燕，等.甲基營養(yǎng)型畢赤酵母單細(xì)胞蛋白研究進(jìn)展. 科學(xué)通報, 2026.

https://doi.org/10.1360/CSB-2025-5384

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