近期，我校未来食品科学中心和生物工程学院陈坚院士团队周景文教授课题组在开发黑曲霉细胞工厂实现牛乳铁蛋白的绿色高效制造方面取得重要进展，研究成果“Developing an Aspergillus niger cell factory for sustainable production of bovine lactoferrin”正式发表于Chemical Engineering Journal (IF=13.2) (https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.177492)。
乳铁蛋白是一类兼具抑菌、抗氧化、抗病毒和免疫调节等多种生物学功能的活性糖蛋白，被誉为“免疫乳黄金”，广泛应用于食品、营养和生物医药等领域。目前乳铁蛋白主要从牛乳中分离提取，原料消耗大、工艺复杂、成本高、资源占用高。微生物合成乳铁蛋白已成为研究热点，但乳铁蛋白自身的抗菌性会导致其生物合成过程不稳定。黑曲霉作为重要的工业丝状真菌底盘，具有蛋白折叠与翻译后修饰能力强、分泌效率高、耐受性好、发酵基础成熟等优势。但仍存在基因编辑效率低、异源蛋白难以高水平生产等技术瓶颈。
针对上述瓶颈，周景文教授团队通过优化黑曲霉CRISPR/Cas9编辑体系，建立了高效的黑曲霉多基因精准整合工具，使黑曲霉五基因同步整合效率达到30%以上。随后通过强启动子驱动BLF表达、内源分泌信号肽替换、内源高分泌蛋白片段融合显著提升BLF分泌表达水平。利用多基因编辑系统将优化后的表达框定点整合至高表达位点和蛋白酶位点，BLF摇瓶发酵产量达到114.6 mg/L。研究团队进一步通过构建基于F2A肽的多顺反子荧光偶联系统，表征了BLF在细胞内的表达与分泌状态。基于分析结果，过表达未折叠蛋白响应调控因子HacA将BLF产量提升至135.3 mg/L。此外，通过敲除几丁质合酶促进菌丝高分枝和分散生长，从而增加菌丝顶端数量并改善营养和氧传递将BLF分泌产量提升到178.6 mg/L。最终，最优工程菌株在5-L发酵罐发酵产量达1057.6 mg/L，较初始工程菌株提高286倍，也达到目前已报道工程化丝状真菌重组生产牛乳铁蛋白的最高水平。抗菌功能验证结果表明重组BLF保留了乳铁蛋白的核心生物学功能。最终全生命周期评价表明，在“从摇篮到工厂大门”的建模情景下，黑曲霉发酵法在全球变暖、土地利用、水消耗和陆地酸化等关键指标上均较乳源提取法降低超过99%。模拟中国低碳电力情景后，相关环境负荷仍可进一步下降。
研究成果围绕黑曲霉底盘系统构建、分泌表达优化、菌丝形态改造和绿色制造评估等方面开展了牛乳铁蛋白生物合成的系统研究。不仅为乳铁蛋白替代传统乳源提取提供了可行方案，也为丝状真菌底盘在高值重组蛋白制造中的开发与应用提供了可复制、可推广的技术参考。
江南大学博士后张长太为论文第一作者，周景文教授为论文通讯作者。上述研究得到了国家重点研发计划项目（2024YFF1106400）、江苏省基础研究计划项目（BK20251622）、江苏省卓越博士后计划项目（2025ZB704）以及江南大学食品科学与技术全国重点实验室项目（SKLF-ZZB-202310）的资助。
近年来周景文教授课题组以合成生物学科学理论为指导，在系统开展高效微生物细胞工厂构建、植物天然产物生物合成与产业化应用方面取得丰硕成果，相关研究成果已发表在Nature Communications、Trends in Biotechnology、ACS Catalysis、Advanced Science、Chemical Engineering Journal、Green Chemistry、Metabolic Engineering等本领域权威期刊。
图形摘要
