创建可过量生产关键细胞构建模块的酵母菌株工具包

细菌和酵母等微生物越来越多地被用来生产药物、生物燃料和食品的成分。事实上，面包酵母，也称为啤酒酵母或酿酒酵母，负责制造啤酒或面包的发酵过程，但它也被大规模用于生产其他对工业有价值的分子。

使用微生物可能是更可持续地生产这些材料的关键，但对于微生物群落(尤其是酵母)如何形成和维持，我们仍有很多不了解的地方。

为了回答这些问题，伦敦帝国理工学院的研究人员创建了一个分子工具包，它使用一种新方法来生产有用的化合物。他们的工作发表在《自然微生物学》杂志上。

该工具包由15种不同的酵母菌株组成，这些酵母菌株过量生产关键的细胞构建模块(氨基酸和核苷酸)，但缺乏制造其他构建模块的能力。与传统的合成生物学群落不同，这些菌株被分为“供体”(向其他菌株捐赠生长构件的菌株)和“接收者”(接受它们的菌株)。

为了测试该套件，研究人员调查了供体-受体系统对社区生产白藜芦醇(红酒中发现的一种抗氧化化合物)和一些食品补充剂的能力的有效性，这些食品补充剂的潜在药用特性正在研究中。

利用新的供体-受体系统，研究人员创建了含有两种或三种不同菌株的酵母群落，并观察它们如何相互作用和共同生长。该工具包使他们能够将白藜芦醇的生产途径一分为二，将每一半放入精选的供体和受体酵母菌株中。

作为对照，他们还使用标准方法仅使用一种酵母菌株生产白藜芦醇。

然后，他们测量了一些变量的影响，例如添加额外的营养物质、改变不同酵母菌株的初始混合以及改变细胞的密集程度对群落行为及其产生白藜芦醇的速率的影响。

他们发现，与传统生产平台相比，两种酵母菌株之间的吐出途径可以提高白藜芦醇的产量。数学模型表明，该系统还允许酵母菌株之间建立更稳定和更特定的伙伴关系。

帝国理工学院生物工程系的资深作者RodrigoLedesma-Amaro博士说：“如果我们的研究结果能够在更多的酵母和代谢物中得到复制，就有可能对我们在可持续生物生产中理解和使用微生物群落的方式产生重大影响，从食品到生物制品，生物燃料。”

尽管迄今为止使用一种产生一种化合物的菌株进行了测试，但新系统可以让研究人员创建酵母菌群的各种组合，这些组合可以协同工作，从而更高效、更可持续地生产各种产品。

设计和提高酵母菌群效率的能力可以改善我们的药品、食品、饮料、生物塑料和生物燃料的生产。效率还可以减少浪费、降低能源消耗并降低生产有价值化合物的成本。

第一作者、帝国理工学院生物工程系的彭华东博士说：“我们的研究是同类研究中第一个使用数学模型和实际实验来了解酵母细胞内外的因素如何影响群落生长的研究。我们的研究结果为进一步研究提供了令人兴奋的可能性。”

接下来，研究人员将完善该工具包并扩大其范围，以涵盖目前15种氨基酸和核苷酸之外的更广泛的小分子。他们还将延长测试时间，以了解该套件的长期稳定性，这对于长期使用这些群落的实际应用至关重要。他们还将引入不同类型的酵母并监测可能影响结果的突变和适应。