英文原题：Investigating formate tolerance mechanisms in Saccharomyces cerevisiae and its application

作者：Kai Wang , Yining Liu , Zhuoheng Wu , Yilu Wu , Haoran Bi , Yanhui Liu , Meng Wang , Biqiang Chen , Jens Nielsen, Zihe Liu*, Tianwei Tan*

01 论文信息

论文信息

K.Wang, Y. Liu, Z. Wu, et al. Investigating formate tolerance mechanisms in Saccharomyces cerevisiae and its application[J]. Green Carbon 1 (2023) 65-74.

论文关键词

Formate tolerance; Adaptive laboratory evolution; Saccharomyces cerevisiae; Free fatty acids

论文网址

https://doi.org/10.1016/j.greenca.2023.08.003

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Investigating formate tolerance mechanisms in Saccharomyces cerevisiae and its application

中文解读原链接

Green Carbon 创刊号│谭天伟院士与刘子鹤教授最新研究成果：高甲酸盐浓度下的酿酒酵母耐受机制

02 背景简介

随着全球能源和环境危机的加剧，发展可持续的生物技术解决方案成为了迫切需求。中国工程院院士谭天伟教授和北京化工大学刘子鹤教授领衔的团队在Green Carbon上发表了题为“Investigating formate tolerance mechanisms in Saccharomyces cerevisiae and its application”的研究文章。他们采用自适应实验室演化技术改善了酵母对甲酸盐的耐受性，并探索了潜在的分子机制。这一研究对于未来高甲酸盐浓度下酿酒酵母的研究提供了平台。

03 文章简介

耐甲酸盐酵母菌株的开发

通过逐步提高培养基中的甲酸盐浓度，研究人员成功培育出能够承受高达50 g/L甲酸盐的稳健酵母菌株。

图1. 适应性实验室进化策略实现酿酒酵母的高甲酸盐耐受性示意图

分子机制的解析

采用组学分析方法，研究了与酵母甲酸盐耐受性有关的底层机制。

图2. 进化菌株中心代谢及一碳代谢途径的转录组分析

生物燃料前体的生产

实验结果显示改良的酵母菌株可以在高甲酸盐浓度下产生游离脂肪酸，是生物燃料、航空燃料和可再生柴油的重要前体。

图3. 进化菌株在高甲酸盐浓度下的细胞生长和游离脂肪酸的生产

总结与展望

本项研究通过适应性实验室进化策略实现了酿酒酵母对高浓度甲酸盐的耐受，并通过组学分析的方法对菌株耐受机理及代谢调控机制进行了系统地分析，实现了高浓度甲酸盐下的游离脂肪酸生产。这一进展不仅为理解甲酸盐代谢提供了新的视角，还为未来工业化应用奠定了基础。在全球追求可再生能源和降低化石资源依赖的大背景下，该研究成果具有重要的理论意义和应用价值。

04 文章摘要

Abstract

Current global energy and environmental crisis have spurred efforts towards developing sustainable biotechnological solutions, such as utilizing CO₂ and its derivatives as raw materials. Formate is an attractive one-carbon source due to its high solubility and low reduction potential. However, the regulatory mechanism of formate metabolism in yeast remains largely unexplored. This study employed adaptive laboratory evolution (ALE) to improve formate tolerance in Saccharomyces cerevisiae and characterized the underlying molecular mechanisms. The evolved strain was applied to produce free fatty acids (FFAs) under high concentration of formate with glucose addition. The results showed that the evolved strain achieved a FFAs titer of 250 mg/L. Overall, this study sheds light on the regulatory mechanism of formate tolerance and provides a platform for future studies under high concentrations of formate.

05 作者简介

谭天伟 院士

谭天伟，中国工程院院士，北京化工大学教授、校长。Green Carbon期刊名誉主编。主要从事生物化工研究，实现了有机合成用脂肪酶的生产和酶工业的催化应用；建立了基于标志代谢物控制的发酵放大新方法，并用于工业生产；开发了发酵废菌丝体综合利用工业化应用新工艺。以第一完成人获得国家技术发明二等奖2项、省部级科技奖一等奖5项，获国内外发明专利40余项，发表SCI收录论文500余篇。课题组隶属国家能源生物炼制研发中心、生物炼制教育部工程研究中心和北京市生物加工过程重点实验室，依托北京化工大学建设。致力于从非粮生物质资源出发制备液体燃料及重要化学品，为降低能源结构中化石资源比例及CO₂减排提供技术支撑。

刘子鹤 教授

刘子鹤，北京化工大学教授，本科和硕士毕业于天津大学化工学院，博士毕业于瑞典查尔姆斯大学。研究方向包括深入探索细胞机制，建立高效的细胞工厂，以及开发系统和合成生物学工具。在过去的五年里，作为第一作者或通讯作者，在Cell、Nature Catalysis和Nature Communication等高影响力论文期刊上发表学术论文20篇。

06 Green Carbon

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