微生物中核黄素生物合成的生物技术策略

　　近日，中国农业科学院都市农业研究所植物与人类健康研究中心甘人友团队，在中国工程院院刊《Engineering》（影响因子6.495，中科院1区TOP期刊）上发表题为“Biotechnological Strategies of Riboflavin Biosynthesis in Microbes”的高水平综述。该综述简要介绍了核黄素在人类健康中的作用及其工业生产的历史过程，重点阐述了微生物中核黄素的生物合成，最后从优化发酵条件和利用化学诱变和代谢工程培育核黄素高产菌株两方面总结了核黄素高产的策略，对富含核黄素的发酵食品的研究和开发具有一定的指导意义。中国农业科学院都市农业研究所为第一通讯单位，植物与人体健康机理创新团队首席科学家甘人友博士为本文通信作者。这项工作得到了中国农业科学院中央公益性科研机构基础研究基金（Y2020XK05）和中国上海市浦江人才计划（18PJ1404600）的支持。

　　1、核黄素介绍

　　核黄素（Riboflavin，RF）又称为维生素B₂（图1），是一种具有高热稳定性的光敏性水溶性B族维生素。核黄素具有多种生理功能，也是人体必需的微量营养素之一，在预防和治疗各种疾病中起主要作用，已被世界卫生组织评为评估人体生长，发育和营养状况的六大指标之一。对于一个健康人来说，成年人平均每天需要摄取的核黄素为0.3–1.8 mg ，而当其每日摄入量少于0.2–0.3 mg时，就会出现核黄素缺乏的症状。在某些条件下，例如繁重的体力劳动，精神紧张，怀孕和青春期成长期，对核黄素的需求增加。目前，核黄素缺乏症引起了全球许多国家的关注。

图1. 核黄素的化学结构

　　本文综述了近年来微生物高产核黄素的研究进展，主要是通过优化发酵条件和利用化学诱变和代谢工程产生的核黄素高产菌株。与化学合成和半化学合成相比，微生物发酵法生产核黄素更经济、环保。近年来，以枯草芽孢杆菌（ Bacillus subtilis ）和棉囊阿舒氏酵母( Ashbya gossypii ) 菌株为主要原料的生物技术发酵工艺得到了发展，目前正在工业化应用，以取代成本较高的化学合成工艺。然而，由于每种微生物都有其优缺点，哪种微生物将被证明是最有利的并取代其他微生物还远没有定论。与传统的消耗核黄素的发酵剂培养基相比，即使核黄素产生能力较低的细菌也可以作为食品发酵的发酵剂培养基。生产核黄素含量增加的发酵食品将提高食品的营养价值和商业价值，并消除强化要求。此外，人们还预计，食用这种新型发酵食品将减少核黄素缺乏症的发生率。最后，利用精心挑选的菌株原位生产核黄素的概念可以为开发针对不同或特定群体的新型食品开辟道路，例如老年人、儿童、孕妇、运动员、素食者和青少年等。

　　参考文献：

　　Jia-Rong Zhang, Ying-Ying Ge, Pin-He Liu, Ding-Tao Wu, Hong-Yan Liu, Hua-Bin Li, Harold Corke, Ren-You Gan*. Biotechnological Strategies of Riboflavin Biosynthesis in Microbes. Engineering. 2021, in press.     

　　https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.03.018