基因編輯技術促番茄紅素產量提升

吳純新 李雄風 李禾

番茄紅素是植物中所含的一種天然色素，主要存在于番茄的成熟果實中。2023年12月29日，從湖北工業大學獲悉，該校生物工程與食品學院HBUT-China團隊利用微生物細胞工廠，結合合成生物學與代謝工程技術，成功開發了CRISPR-MAD7（Cas12a）基因編輯系統改造谷氨酸棒狀桿菌，使秸稈生物基有效轉化成高附加值產物番茄紅素，將“生態包袱”變為“綠色財富”，實現了產品減碳和可持續發展。

番茄紅素被譽為“植物中的黃金”，是目前科學驗證最為有效的抗氧化活性物質之一。其功效在于清除人體內導致衰老和疾病的自由基，有助于保護血管以及預防心血管疾病。番茄紅素的傳統獲取方式包含從植物中直接提取以及化學合成等，然而這兩種方式存在缺陷，都不是最佳選擇。團隊發現，細胞可以利用自身修復機制，對切割的DNA進行修復，實現對基因的編輯。“利用該系統，我們可以重新設計菌株的遺傳路線，改變菌株的生長和生產特性，使微生物細胞更高效地生產目標產物。”該項目學生負責人江益明說。

為了更好地將這一系統應用于菌株改造，優化系統所需的表達元件是一個關鍵步驟。經過半年的不懈努力，團隊終于獲得了理想的實驗結果。依靠CRISPR-MAD7（Cas12a）基因編輯系統，團隊對谷氨酸棒狀桿菌進行了一系列改造，成功構建了高產的番茄紅素菌株。相較于原始菌株，重組菌株的產量提高了134倍。

通過實驗，團隊還發現秸稈先后經過酸解和酶解處理，能有效產生葡萄糖，這種秸稈葡萄糖可以成為培養谷氨酸棒狀桿菌的碳源。“實驗對比顯示，相較于普通的葡萄糖，改造后的菌株在秸稈葡萄糖中培養后能產生更多番茄紅素。”團隊指導老師、湖北工業大學講師鄭學云說。