近期，我校生物工程学院邓禹教授课题组在代谢工程改造解脂耶氏酵母高效合成丙二酸方面取得重要进展，研究成果“Engineering Yarrowia lipolytica to Enhance the Production of Malonic Acid via Malonyl-CoA Pathway at High Titer” 正式发表于Advanced Science （IF = 14.3）（https://doi.org/10.1002/advs.202411665）。
丙二酸（Malonic Acid，MA）作为一种关键的短链二元羧酸，在食品、制药、制造以及化学工业领域具有广泛的应用价值，被美国能源部列为前 30 种最具价值的生物基化学品之一。丙二酸含有两个功能性羧酸（-COOH）基团的有机化合物，因此在聚合物和聚酯合成中可作为重要的前体。同时，丙二酸也是应用最为广泛的短链二元羧酸之一，是众多香精、香料以及药物的合成前体。传统的丙二酸生产主要是通过酯水解法和酯交换法等化学方法合成。然而，这些方法存在产品得率低、生产成本高、副产物多以及环境污染等问题。在微生物合成丙二酸方面，目前已成功构建了分别以β -丙氨酸、草酰乙酸和丙二酰辅酶A为前体的丙二酸合成途径。但由于底盘细胞耐受性差、前体供应不足以及关键酶活性较低等因素限制了丙二酸的高效合成，导致微生物合成丙二酸距离工业化生产仍存在较大差距。
江南大学生物工程学院邓禹教授课题组选取耐酸性能力强、丙二酸前体丙二酰辅酶A高代谢通量的解脂耶氏酵母为底盘细胞，通过筛选丙二酸生物合成过程中的关键酶丙二酰辅酶 A 水解酶设计构建了基于丙二酰辅酶A途径合成丙二酸的工程菌株。首先，通过在解脂耶氏酵母中构建 3 种不同的合成途径评估了丙二酸合成能力，验证了来自酿酒酵母的丙二酰辅酶A水解酶Ehd3**途径效率最高。为进一步提升 MA 的产量，从解脂耶氏酵母和尖孢镰刀菌中鉴定出两种具有高催化活性的新型丙二酰辅酶 A 水解酶，其中表达尖孢镰刀菌丙二酰辅酶 A 水解酶FoEhd3**可使丙二酸产量提高至 6.3 g/L。随后，通过对工程菌株进行代谢改造，确保前体乙酰辅酶 A 和丙二酰辅酶A有充足的通量用于丙二酸的生产，在摇瓶培养中丙二酸产量达到 13.8 g/L。最后，通过优化发酵条件并在 5L 发酵罐中进行高密度发酵，以甘油为初始碳源，在初始培养基中甘油耗尽后，采用恒速进料策略，发酵156 h 时，丙二酸的最高产量达到 63.6 g/L，产率为 0.41 g/L/h。本研究为工程化解脂耶氏酵母生产丙二酸提供了一种绿色、高效的合成方法，为丙二酸的工业化生产提供了可能。
论文通讯作者为邓禹教授和赵运英副教授，我校2022级博士研究生杨群为第一作者。此研究工作得到了国家重点研发计划（2022YFA0911800）、国家自然科学基金（22377039、22478156）、江苏省杰出青年基金（BK20220089）等资助。
近年来，邓禹教授团队主要从事利用微生物生产高值产品的代谢工程、合成生物学、系统生物学研究，围绕化工“卡脖子”单体，在乙醇酸、葡萄糖二酸、丙二酸、丁二酸、丁二胺、己二胺等单体上均取得突破，相关研究成果已发表在Advanced Science(2025、2024)、Bioresource Technology (2024)、ACS Catalysis(2023)、ACS Sustainable Chemistry & Engineering(2023)、Metabolic Engineering(2022)、Metabolic Engineering(2021)、Nucleic acids research (2020)等本领域权威期刊，并在知名企业推广应用。
