高产类化合物的酵母合成生物学技术

需求的背景和应用场景

萜类化合物作为一类数量庞大且结构多样的天然产物，在人们的日常生活中占据着举足轻重的地位。它们不仅是众多香精香料的核心成分，为食品、饮料和化妆品等行业提供了丰富的风味和香气选择，同时还作为保健品和药物的关键组成成分，对人类健康产生了深远的影响。然而，传统提取方法往往受限于原料来源的稀缺性、提取效率低下以及环境污染等问题，难以满足日益增长的市场需求。因此，通过合成生物学技术，特别是利用酵母这一微生物底盘细胞进行高产萜类化合物前体的合成，成为了解决上述痛点的关键途径。本项目旨在开发一种高效、可持续的酵母合成生物学技术，以实现对萜类化合物前体——异戊二烯焦磷酸的高产合成，进而为下游的萜类化合物生产提供坚实的基础。

要解决的关键技术问题

1. 底盘细胞的选择与优化：选取具有高生长速率、良好遗传操作性和对异戊二烯焦磷酸合成路径兼容性强的酵母菌株作为底盘细胞，并通过基因工程手段对其进行优化，以提高其对异戊二烯焦磷酸的合成能力。
2. 异戊二烯焦磷酸合成路径的构建与优化：通过合成生物学策略，将异戊二烯焦磷酸的生物合成路径导入酵母底盘细胞中，并通过对关键酶基因的过表达、调控元件的优化以及代谢流的精细调控，实现异戊二烯焦磷酸的高效合成。
3. 高产萜类化合物前体的酵母发酵工艺开发：基于优化后的酵母底盘细胞和异戊二烯焦磷酸合成路径，开发一套高效的发酵工艺，包括培养基配方优化、发酵条件控制以及产物分离纯化等，以确保异戊二烯焦磷酸的高产和稳定生产。

效果要求

1. 技术效益：通过本项目的研究，预期能够开发出一种高效合成异戊二烯焦磷酸的酵母底盘细胞，其产量相较于现有技术有显著提升，为后续的萜类化合物合成提供充足的原料保障。
2. 竞争优势：该技术将打破传统提取方法的局限，实现萜类化合物前体的可持续、规模化生产，降低生产成本，提高市场竞争力。同时，由于酵母底盘细胞的遗传操作性强，便于后续的产品定制和升级。
3. 创新性：本项目融合了合成生物学、代谢工程和发酵工艺等多个领域的前沿技术，通过创新性的技术手段解决了萜类化合物前体高产合成的关键技术难题，为萜类化合物的绿色、高效生产开辟了新的途径。此外，该技术还具有良好的拓展性，可进一步应用于其他重要生物活性分子的合成与生产中。