在过去三十年间，毕赤酵母（Pichiapastoris）表达系统已被广泛用于各种重组蛋白的研究和生产工作中。这种甲基营养酵母具有易于基因编辑、高水平的细胞内和细胞外蛋白质表达以及有利于分泌重组蛋白的纯化等优点而备受关注，是一种特别适合表达异源蛋白的底盘细胞。

日前，来自德国慕尼黑工业大学的一组研究人员在JournalofBioresourcesandBioproducts期刊发表最新研究，该研究在经改造的毕赤酵母底盘上生产工业用植酸酶并且进一步优化了发酵工艺策略，其最高产量可达到 77 小时生产 7200 U/mL。

另一方面，该论文进一步探索了利用蓝藻的废弃生物质作为发酵饲料的可能。结果显示，在经过发酵工艺优化后，使用含 20%蓝藻水解产物的缓冲甘油复合物作为培养基，发酵获得的植酸酶产量同样可观。

（来源：JournalofBioresourcesandBioproducts）

植酸酶是一种用于动物饲料的关键酶添加剂，它能够将磷酸残基从植酸上水解下来，从而提高磷酸盐和矿物质的吸收，减少环境污染。相关数据表明，全球的植酸酶市场规模已超过 3 亿美元，并且正在以每年约 10%的速度持续增长。

本次研究中，研究团队使用其此前开发的调控元件（PTK）工具包。该工具包中包括了启动子、分泌信号肽和终止子，从而快速、高效地完成对于以蓝藻为饲料的毕赤酵母的模块化设计。

图丨毕赤酵母工程化及发酵全流程概述（来源：JournalofBioresourcesandBioproducts）

该过程中，研究者发现终止子的选择对于 mRNA 稳定性具有重大影响，并且将进一步调节蛋白质的表达。而在植酸酶的表达方面，研究者选择了四种此前曾在毕赤酵母中成功表达的植酸酶，然后根据不同的植酸酶分别构建并筛选工程化毕赤酵母菌株。最终，pGAP-MF41 AppA 大肠杆菌植酸酶构建体被认为是最具生产前景的工程化菌株。

上述工作证实了 PTK 工具包的价值。研究人员指出，用于各种植酸酶发酵的底盘细胞的工程化差异很大，并且各自的分泌效率很大程度上受到启动子、标签和目标基因组合的影响，这就更加凸显出有效筛选工具的作用。

在此之后，研究者进一步针对发酵工艺进行优化，并且提出了 DO-stat 控制补料策略。该策略中，其工艺细节不仅涉及以甘油作为主要碳源、生产规模等因素，其重点还在于溶解氧（DO）参数。从结果上看，经过优化的发酵工艺显著改善了单位生物量的活性产量。在发酵 77 小时后，AppA 大肠杆菌植酸酶的最大活性产量和单位生物量活性产量提高了 40%，分别达到 7200 U/mL 和 113000 U/g。

另一方面，研究者还利用经筛选的菌株在含复合成分以及纯蓝藻水解产物的培养基中进行植酸酶表达研究。结果表明，在纯蓝藻水解产物中的可利用碳源成分较低。

事实上，当前大部分基于毕赤酵母的发酵生产工艺通常使用甘油、葡萄糖或是甲醇作为碳源，而糖类物质又受限于缓慢的农业生产过程。为了解决这一问题，研究人员长期试图寻找能够快速获取、并且来源广泛的碳源材料，从而发展成本更低、并且可持续的工业发酵方法。

对此，在经过对培养条件进行改进之后，研究人员注意到，使用含 20%蓝藻水解产物的培养基进行植酸酶生产，其在 32 小时内的最大活性产量可达到 528.3 U/mL，这为蓝藻生物质的利用提供了可能。

近年以来，蓝藻由于其生长周期短、不需要耕地或淡水等优势成为了一种备受关注的可再生原料。研究人员指出，使用蓝藻生物质作为原料的发酵工艺或将为相关工业化生产带来可持续性的发展。不过，这仍然需要进一步的研究工作。

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