产油酵母是指细胞干重油脂含量≥20% 的非常规酵母，其中 解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica） 是最具工业化潜力的模式底盘。该菌株已获得 FDA 的 GRAS 安全认证，天然具备超强的乙酰 - CoA 代谢通量与油脂储存能力（油脂最高可达细胞干重 73%），能利用葡萄糖、粗甘油、木质纤维素水解液、废弃食用油等多种廉价碳源，且合成生物学编辑工具成熟、耐逆性强、无乙醇发酵副反应，是绿色生产高附加值功能性脂质的核心微生物细胞工厂。
——解脂耶氏酵母生产 EPA——
二十碳五烯酸） 是 ω-3 系列长链多不饱和脂肪酸，具有显著的降血脂、抗炎、心血管保护、神经发育调控等功能，传统来源为深海鱼油，存在资源受限、重金属富集、腥味重、纯化成本高等痛点，微生物合成是可持续替代方案。
1. 合成途径基础
解脂耶氏酵母天然具备完整的脂肪酸 从头合成途径，可通过乙酰 - CoA→丙二酰 - CoA 经脂肪酸合酶（FAS）合成棕榈酸、 硬脂酸，并内源合成油酸、亚油酸，但缺乏合成 EPA 的关键外源酶系。
目前主流重构的是 Δ6 合成途径 >：亚油酸（C18:2, ω-6）→Δ15 去饱和酶→α- 亚麻酸（ALA, C18:3, ω-3）→Δ6 去饱和酶→十八碳四烯酸（SDA, C18:4）→Δ6 延长酶→二十碳四烯酸（ETA, C20:4）→Δ5 去饱和酶→EPA（C20:5）。
2. 核心代谢工程改造策略
采用模块化工程策略，系统性打通合成瓶颈、强化前体供给、优化储存与辅因子平衡：
外源途径高效重构： 筛选适配酵母密码子偏好性的高活性酶（如来自硅藻、微藻、高山被孢霉的 Δ15/Δ6/Δ5 去饱和酶、Δ6 延长酶），采用强组成型 / 诱导型启动子（TEF、GPD、EXP）进行多拷贝染色体整合，避免质粒不稳定问题，最大化途径通量，减少中间产物 ETA 的积累。 核心前体供给强化： 过表达 ATP 柠檬酸裂解酶（ACL），将线粒体柠檬酸转运至胞质裂解为乙酰 - CoA；过表达脂肪酸合成限速酶乙酰 - CoA 羧化酶（ACC1），解除反馈抑制，提升丙二酰 - CoA 供给；弱化 TCA 循环通量，减少乙酰 - CoA 的无效消耗。 脂质储存与产物装配优化： 过表达二酰甘油酰基转移酶（DGAT1/2），将合成的 EPA 高效整合到甘油三酯（TAG）中，储存于脂滴内，降低游离脂肪酸的细胞毒性，同时大幅提升油脂总含量和 EPA 占比；敲除过氧化物酶体 β- 氧化关键基因（PEX10、MFE1），阻断脂肪酸降解。 辅因子与氧化还原平衡优化： 脂肪酸去饱和反应高度依赖 NADPH，通过过表达磷酸戊糖途径关键酶（G6PDH、6PGDH）、苹果酸酶（MAE），重构胞内 NADPH 再生体系，显著提升去饱和酶催化效率。 适应性实验室进化（ALE）： 针对工程菌生长缺陷、底物耐受性差等问题，通过梯度胁迫传代进化，进一步提升菌株的 EPA 合成效率和工业鲁棒性。
3. 发酵优化与研究进展
核心发酵策略： 采用 两阶段补料分批发酵 ，第一阶段优化氮源供给实现高密度菌体增殖；第二阶段通过高 C/N 比氮源限制，迫使碳通量定向流向油脂合成，同时精准控制溶氧（去饱和反应需氧）、pH 和温度，提升 EPA 产量。 底物优化： 可利用粗甘油、废弃食用油、木质纤维素水解液等廉价非粮碳源，大幅降低原料成本，同时实现废弃物资源化。 技术水平： 摇瓶水平可实现 EPA 占总脂肪酸比例超 50%；5L 发酵罐补料分批发酵中，工程菌株 EPA 产量可达 2.7g/L，占总脂肪酸 33.9%；同底盘的同系列 ω-3 脂肪酸 DHA 已实现 9.06g/L 的高产，为 EPA 的进一步产量突破提供了成熟范式。
——解脂耶氏酵母生产角鲨烯——
角鲨烯是一种全反式三萜类化合物，是甾醇、萜类生物合成的核心前体，具备超强抗氧化、保湿、抗肿瘤、免疫调节等功能，广泛应用于化妆品、保健品、医药等领域。传统来源为深海鲨鱼肝油，存在动物保护限制、产量低、成本高等问题，植物提取也受种植周期和地域限制，微生物合成是主流替代方向。
1. 合成途径基础
解脂耶氏酵母天然通过 甲羟戊酸（MVA）途径 合成角鲨烯，核心路线为：乙酰 - CoA→乙酰ink-id="link-1774598084337-0.704778328105679">乙酰-CoA→HMG-CoA→甲羟戊酸（MVA）→IPP/DMAPP→GPP→FPP→角鲨烯（角鲨烯合酶 SQS/ERG9 催化）。天然状态下，角鲨烯会被角鲨烯环氧酶（SQE/ERG1）快速转化为 2,3 - 环氧角鲨烯，进入麦角固醇合成途径（酵母细胞膜必需成分），因此野生型菌株角鲨烯胞内积累量极低。
2. 核心代谢工程改造策略
围绕 “开源 - 节流 - 扩容 - 区室化” 核心思路，系统性提升角鲨烯合成效率：
甲羟戊酸（MVA）途径全通量强化： 过表达截短型 HMG-CoA 还原酶（tHMG1，解除跨膜区反馈抑制的核心限速步骤），协同过表达 ERG10、ERG12、ERG8、ERG19、IDI1、ERG20 等途径关键酶，消除级联反应瓶颈，大幅提升前体 IPP/DMAPP、FPP 的胞内库容。合成强化与下游途径精准调控： 过表达角鲨烯合酶 ERG9，采用强启动子驱动多拷贝整合，提升 FPP 向角鲨烯的转化效率；针对 ERG1 必需基因无法完全敲除的问题，采用弱启动子替换、条件型诱导 / 阻遏系统、蛋白降解决定子等策略，在菌体生长阶段维持基础麦角固醇合成，产角鲨烯阶段精准下调 ERG1 表达，实现生长与产物合成的动态平衡。储存扩容与毒性缓解： 角鲨烯为高度疏水性物质，过表达脂滴结构蛋白、扩增脂滴合成，提升胞内角鲨烯储存容量，降低产物对细胞膜的毒性；敲除 FPP 向倍半萜、二萜等副产物的分流途径，减少碳源浪费。细胞器区室化工程： 将完整 MVA 途径与 ERG9 靶向定位到过氧化物酶体，利用其内部丰富的乙酰 - CoA 池和独立微环境，实现途径空间隔离，减少胞质副反应，显著提升合成通量，是目前实现角鲨烯超高产的核心策略。
3. 发酵优化与研究进展
核心发酵策略： 采用两阶段发酵，生长阶段保障菌体高密度增殖，产率阶段通过诱导调控下调 ERG1 表达、启动角鲨烯高效合成；采用补料分批发酵精准控制碳源流加，避免碳源抑制；通过原位萃取技术，实时提取产物，解除反馈抑制，进一步提升产量。底物拓展： 可高效利用葡萄糖、甘露醇、粗甘油、木质纤维素水解液等多种碳源，适配工业化低成本需求。技术水平： 通过细胞质与过氧化物酶体双区室工程协同改造，解脂耶氏酵母角鲨烯补料分批发酵产量最高可达 51.2g/L ，为目前微生物合成角鲨烯的全球最高纪录，远超酿酒酵母等其他底盘菌株。——产业化现状——
1. 产业化现状
- 法规基础：解脂耶氏酵母本身已获得 GRAS 认证，我国已批准解脂耶氏酵母蛋白作为新型饲料原料。
- 产业进展：目前 EPA、角鲨烯的微生物合成已完成实验室到中试的放大，国内外多家合成生物学企业正在推进解脂耶氏酵母来源功能性脂质的产业化落地，其中角鲨烯已在化妆品领域实现小规模商业化应用，EPA 在保健品、饲料添加剂领域的中试验证已完成。
- 成本优化：通过廉价底物资源化（餐厨垃圾、工业副产物粗甘油、木质纤维素），微生物油脂的中试生产成本可降至 280 美元 / 吨，较传统来源大幅降低，具备规模化替代潜力。
2. 核心挑战
