巴豆酸乙酯在酿酒酵母中的生物合成

巴豆酸乙酯（2-丁烯酸乙酯）是一种短链脂肪酸乙酯，天然存在于苹果、木瓜、草莓等水果中。巴豆酸乙酯的用途广泛，是一种重要的食用香料，还可用作有机合成中间体、溶剂、油漆软化剂。目前，巴豆酸乙酯的制备主要是化学法，工业上由巴豆酸与乙醇在浓硫酸存在下酯化而成，但是在生产过程中浓硫酸会腐蚀设备，对设备要求高。并且工业处理难度大。天津科技大学陈叶福教授团队通过合成生物学手段成功在酿酒酵母细胞内实现了巴豆酸乙酯的合成。并于2022年8月29日，在LWT-Food Science and Technology杂志上发表题为“Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae for the biosynthesis of ethyl crotonate”的文章。

01 巴豆酸乙酯合成途径的构建

研究以酿酒酵母AY14α作为宿主细胞，将来源于酪丁酸梭菌的3-羟基丁酰辅酶A脱氢酶（Hbd）和3-羟基丁酰辅酶A脱水酶（Crt）以及来源于草莓的醇酰基转移酶（AAT）引入宿主细胞，成功构建得到工程菌株Ct-HCS，打通巴豆酸乙酯在酿酒酵母中的代谢通路，巴豆酸乙酯的产量达到26.01±3.57 mg/L。

02 巴豆酸乙酯合成途径关键基因适配性的探究

随后，为了进一步提升巴豆酸乙酯在酿酒酵母中的产量，研究者对巴豆酸乙酯合成途径中的关键基因的适配性进行了探究。研究者选择了不同微生物来源的Hbd和Crt基因以及来自不同水果来源的AAT基因，进行了巴豆酸乙酯合成途径适配性的研究，最终筛选得到工程菌株Ck-HCVL，使得巴豆酸乙酯的产量达到52.53±1.10 mg/L。

03 巴豆酸乙酯合成前体的优化

为了进一步增加巴豆酸乙酯的产量，研究者进一步优化了巴豆酸乙酯上游的代谢通量，在菌株Ck-HCVL中过表达乙酰辅酶A乙酰转移酶（Erg10）和醇酰基转移酶基因（AMT），构建得到工程菌株Ck-HCDVL-E，使得巴豆酸乙酯的产量达到125.59±2.04 mg/L。

这项研究为巴豆酸乙酯生物合成高效细胞工厂的构建奠定了基础，。产巴豆酸乙酯酿酒酵母的成功构建及后续应用为丰富酒类风味乃至新风味酒类饮品的开发提供了微生物支撑。本论文的作者为天津科技大学张果博士，天津科技大学陈叶福教授和武晓乐讲师作为本研究的共同通讯作者，该研究工作受到了国家重点研发计划“绿色生物制造”重点专项及国家自然科学基因等项目资助。