基因编辑技术促番茄红素产量提升

吴纯新 李雄风 李禾

番茄红素是植物中所含的一种天然色素，主要存在于番茄的成熟果实中。2023年12月29日，从湖北工业大学获悉，该校生物工程与食品学院HBUT-China团队利用微生物细胞工厂，结合合成生物学与代谢工程技术，成功开发了CRISPR-MAD7（Cas12a）基因编辑系统改造谷氨酸棒状杆菌，使秸秆生物基有效转化成高附加值产物番茄红素，将“生态包袱”变为“绿色财富”，实现了产品减碳和可持续发展。

番茄红素被誉为“植物中的黄金”，是目前科学验证最为有效的抗氧化活性物质之一。其功效在于清除人体内导致衰老和疾病的自由基，有助于保护血管以及预防心血管疾病。番茄红素的传统获取方式包含从植物中直接提取以及化学合成等，然而这两种方式存在缺陷，都不是最佳选择。团队发现，细胞可以利用自身修复机制，对切割的DNA进行修复，实现对基因的编辑。“利用该系统，我们可以重新设计菌株的遗传路线，改变菌株的生长和生产特性，使微生物细胞更高效地生产目标产物。”该项目学生负责人江益明说。

为了更好地将这一系统应用于菌株改造，优化系统所需的表达元件是一个关键步骤。经过半年的不懈努力，团队终于获得了理想的实验结果。依靠CRISPR-MAD7（Cas12a）基因编辑系统，团队对谷氨酸棒状杆菌进行了一系列改造，成功构建了高产的番茄红素菌株。相较于原始菌株，重组菌株的产量提高了134倍。

通过实验，团队还发现秸秆先后经过酸解和酶解处理，能有效产生葡萄糖，这种秸秆葡萄糖可以成为培养谷氨酸棒状杆菌的碳源。“实验对比显示，相较于普通的葡萄糖，改造后的菌株在秸秆葡萄糖中培养后能产生更多番茄红素。”团队指导老师、湖北工业大学讲师郑学云说。