玉米黃素(zeaxanthin)是光合生物的重要色素，具有保護細胞免受高光損傷的作用。玉米黃素還是形成視網(wǎng)膜黃斑的重要色素，具有保護眼睛、維護視覺和認知等功能。近日，中科院昆明植物研究所黃俊潮研究員率領的研究團隊，在利用工業(yè)微生物生產(chǎn)玉米黃素的研究方面取得了重要進展。
自然資源貧乏
玉米黃素是β-胡蘿卜素的衍生物，呈脂溶性粉末狀或油狀，存在于綠色蔬菜、玉米種子、枸杞和酸漿果實等植物組織和一些微生物中。它不能由人和動物自身合成，必須從食物中攝取。但是由于人體每天需要攝取數(shù)毫克的玉米黃素，而從日常飲食中每天只能獲得微克水平，因此大多數(shù)人因此缺乏玉米黃素。相對于葉黃素、β-胡蘿卜素等其他類胡蘿卜素，玉米黃素的自然資源更加貧乏，因此發(fā)掘玉米黃素新資源具有現(xiàn)實意義。
隨著人口老齡化引發(fā)的相關疾病增多，玉米黃素作為膳食補充劑，可在醫(yī)藥和功能食品領域發(fā)揮重要作用。在食品工業(yè)中，玉米黃素作為天然食用色素，正在逐漸取代檸檬黃、日落黃等合成色素。
產(chǎn)量有望翻番
鞘氨醇單胞菌廣泛分布于各種環(huán)境中，是普遍認為的安全菌株。這類菌多數(shù)能合成不同的類胡蘿卜素，如β-胡蘿卜素、玉米黃素、念珠藻黃素等，已用于工業(yè)化生產(chǎn)多用途的胞外多糖。
通過比較功能基因組學分析和代謝工程改造，上述研究團隊成功獲得一株新的、能合成和積累玉米黃素的鞘氨醇單胞菌DIZ工程菌株。隨后，經(jīng)過優(yōu)化培育，研究者發(fā)現(xiàn)，在發(fā)酵罐“吃住”4天后，這種“菌寶寶”可得到每升培養(yǎng)物含479毫克的玉米黃素，以及22克胞外多糖。這也是業(yè)界*對鞘氨醇單胞菌實現(xiàn)遺傳操作，獲得高產(chǎn)玉米黃素的安全工程菌株。
“通過進一步的改良，有望實現(xiàn)玉米黃素產(chǎn)量翻番的目標，從而解決目前玉米黃素供不應求、價格高等問題。”黃俊潮介紹說，這項研究結果已發(fā)表在期刊《農(nóng)業(yè)與食品化學雜志》上。
微生物方法將成主流
根據(jù)國內外媒體的報道，目前，在玉米蛋白粉中提取玉米黃素已有成熟的工藝。但據(jù)黃俊潮介紹，雖然從玉米提取玉米黃素的技術成熟，但其產(chǎn)量低、成本高，只能作為玉米加工業(yè)的副產(chǎn)品看待。通過代謝工程改造的微生物——鞘氨醇單胞菌DIZ菌株，玉米黃素產(chǎn)量遠高于用玉米提取的產(chǎn)量。且微生物擁有生長周期短、生物量高以及大規(guī)模發(fā)酵培養(yǎng)等優(yōu)勢，利用微生物生產(chǎn)自然資源稀缺的玉米黃素，將是產(chǎn)業(yè)的主流方向。
由于合成生物學通常以大腸桿菌和釀酒酵母為研究對象，研究成果的轉化很大程度上還得依賴于生產(chǎn)工藝成熟的工業(yè)微生物，尤其是那些食品安全級微生物。利用這些微生物“朋友”，可以低成本生產(chǎn)藥物或食物所需的強抗氧化功能類胡蘿卜素和多不飽和脂肪酸。“團隊未來將聚焦發(fā)掘能夠高產(chǎn)這些功能分子的微生物資源和植物新品種。”黃俊潮說。
