近日，华东理工大学生物工程学院蔡孟浩课题组在巴斯德毕赤酵母全内源调控元件重编程构建食品蛋白高效生产平台方面取得新进展。该研究通过系统性筛选并改造内源顺式、反式转录调控元件，建立了基于葡萄糖等安全碳源的食品蛋白高效生产平台ESPRIT，表达能力超过商业化甲醇依赖型系统，相关成果在线发表于《代谢工程》。
随着全球人口增长与气候变化冲击，传统畜牧业蛋白生产模式已难以完全满足不断增长的蛋白质需求。微生物重组表达食品蛋白和发酵生产是一种重要的候选路径。巴斯德毕赤酵母作为食品、药品重组表达的安全菌株，具有成熟的表达体系和良好的工业化基础，是生产大宗食品蛋白的理想底盘，但目前商业化系统主要为甲醇依赖型高表达系统，甲醇毒性、易燃性、高耗氧及高产热特性限制了其在食品蛋白生产中的应用。现有内源无甲醇策略的能力仍有限，而基于外源调控元件的人工系统虽可提高蛋白表达水平，却面临更严格的安全性评价要求和监管约束，大幅延长审批周期、增加合规成本。
针对上述瓶颈，研究人员针对毕赤酵母内源转录调控系统进行重构。通过转录组学指导的内源核心启动子元件筛选，以及启动子上游调控序列的迭代改造与精简，得到合成型启动子PAA13-t13。活性是商业化系统强启动子PAOX1的3.4倍，序列长度缩短57%，在关键转录激活因子驱动下实现葡萄糖、甘油和乙醇条件下的高水平表达。进一步，在全基因组范围内筛选锌指结构型转录因子的激活域并系统重构转录因子，获得了激活能力增强且对细胞生长影响减弱的合成型转录因子，高效提升了表达系统性能。
基于上述全内源顺式、反式转录元件重构的ESPRIT系统，在葡萄糖条件下的表达水平分别达到商业化系统中甲醇诱导型PAOX1的6.8倍、组成型PGAP的10.1倍。在生物反应器中，以葡萄糖为碳源生产β-乳球蛋白和巴西甜蛋白，产量分别达到5.14 g/L和1.95 g/L，较商业化甲醇依赖型PAOX1系统分别提高至3.0倍和1.9倍，展现了优越的应用潜力。
综上，该研究基于毕赤酵母内源性转录调控元件的重编程，建立了一个高表达强度、非甲醇依赖的ESPRIT系统，相关技术与应用已申请专利。该工程化系统为大宗食品蛋白及其他重组蛋白的安全、可持续生产提供了一种新型表达平台。
该论文第一作者为华东理工大学博士生李赟浩，通讯作者为蔡孟浩教授。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划及上海市农业科技创新项目等的支持。
