通过在酿酒酵母中表达反馈抑制N-乙酰谷氨酸激酶来大量生产鸟氨酸

来源：中国生物技术网

编译：何伊诗 陈绮君 梁馨贤 魏韬（华南农业大学食品学院）

清酒是一种传统的日本酒精饮料，在发酵过程中，酵母暴露在高浓度的乙醇中，这削弱了酵母细胞的生存能力，抑制了酵母细胞的生长和发酵(Kodama, 1993)。因此，提高清酒酵母菌对乙醇的耐受性，就可以提高乙醇产量，从而缩短发酵时间。如果能使酵母菌具有乙醇耐受性，生物乙醇的生产过程也将被简化。

细胞内脯氨酸（Pro）可以减轻乙醇毒性(Takagi et al.，2016)。故细胞内脯氨酸(Pro)的含量越高，酿酒酵母对乙醇的耐受性越高。为了提高日本传统酒精饮料清酒的乙醇生产率，Masataka Ohashi等人通过常规诱变得到并分离了一个二倍体清酒酵母突变体A902-4，该突变体产生的脯氨酸和鸟氨酸的量比母体菌株(K901)多10倍以上。得到的清酒酵母突变体A902-4不仅对乙醇的耐受性很高，还提高了清酒酒精含量，更有意想不到的“惊喜”。这“惊喜”来自——鸟氨酸。

鸟氨酸是一种非蛋白生成氨基酸，是精氨酸(Arg)和脯氨酸(Pro)的前体, 它能改善睡眠质量和改善例如懒散、疲劳的各种消极的生理或情绪状态，它还能在尿素循环中起作用，起到“解毒”的作用。氨基酸代谢的最终产物——氨在体内浓度过高时对细胞有剧毒，小部分的氨可重新合成氨基酸及其他含氮化合物，绝大部分氨则通过鸟氨酸循环（即尿素循环）合成尿素，随尿排出，达到“解毒”的效果。因此，富含鸟氨酸的清酒可以缓解饮酒后的疲劳感。而用A902-4菌株酿造的清酒和清酒蛋糕中的鸟氨酸含量大约比亲本菌株K901高4-5倍，也就是说，人在摄入用A902-4菌株酿造的清酒和清酒蛋糕后不易“疲倦”。

Masataka Ohashi等人鉴定出A902-4菌株中编码Thr340Ile变异体N-乙酰谷氨酸激酶(NAGK)的ARG5,6基因发生了同等位基因突变。Thr340Ile变异体的NAGK对精氨酸的反馈抑制极其不敏感，导致细胞内鸟氨酸的积累。这是第一个宣布了消除反馈抑制NAGK活性可使工业酵母细胞中鸟氨酸大量生产的研究。