自然界里某些含脂类的微生物细胞是高质量油脂，特别是长链多不饱和脂肪酸的生产者。微生物油脂不仅有益健康， 而且是生物柴油潜在的油脂来源。由于气候变化，耕地减少，科学家早就提出开发微生物油脂作为动植物油脂可替代的来源。但由于经济原因， 这个过程进展缓慢，其瓶颈在于微生物细胞合成油脂的效率太低。
由中国科学院合肥物质科学研究院余增亮、黄青作为通讯作者的《微生物油脂花生四烯酸产生菌离子束诱变和发酵调控》一文初步探索了这个问题。该文发表于《科学通报》Chinese Science Bulletin上。他们利用自己创建的离子束生物技术对细胞内含脂类的微生物进行遗传性修饰，获得一株脂肪酸含量占细胞生物量50%以上的新菌株，其中花生四烯酸含量占总脂的70%。
1994年，联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）发表“脂肪、油脂与人类营养”的研究报告，提出婴幼儿，特别是早产儿和非母乳喂养的婴儿食品中应添加适量的花生四烯酸。然而，自然界除了母乳含有较丰富的花生四烯酸外， 资源十分稀缺。因此， 开发微生物来源的花生四烯酸油脂就成为国内外关注的热点课题。
20 年多前， 研究者将不同种类的离子加速到一定的能量，注入到体内含有多种长链脂肪酸的高山被孢霉菌细胞中。第一步，诱导细胞内由乙酰辅酶A到软脂酸合成的基因突变，获得总脂肪酸含量大幅提高的突变菌株；第二步，诱导突变菌株代谢过程朝着有利于花生四烯酸积累的方向变化。经过多轮鉴定和遗传稳定性考察， 最终筛选到一株细胞内富含花生四烯酸的新菌株， 其经济性比野生菌株提高近20倍，具备了商业化开发的潜力，在中国武汉建立生产基地进行工业规模的发酵调控研究。
根据微生物生长繁殖的营养需求，发酵调控通常采取培养基优化的策略，要求提供的营养素全面而均衡。花生四烯酸首选的应用是婴幼儿食品强化剂，为了降低发酵底物残留带来的安全性问题，培养基组成应尽可能简单。一个巧妙的解决办法是重复利用高山被孢霉菌体提取油脂后的残体(菌粕)制备花生四烯酸。这不仅使培养基从原来的七种精简为葡萄糖和菌粕两种，而且“吃干榨尽”，符合循环经济原则。生产实践表明，新菌株在最简底物下发酵，11批次200立方反应器平均单位容积的生物量（干菌体）达到35.8 g/L， 油脂含量18.4 g/L，花生四烯酸产率8.97 g/L。这个结果引起科学家的关注。
Z. Cohen 和C. Ratledge 在他们合著的 Single Cell Oils 一书中说， 人们正在探寻富含花生四烯酸油脂的生物合成技术。已经知道，中国实现了这一目标，这是由武汉烯王生物工程公司利用高山被孢霉菌的新菌株在容积为50立方以上反应器规模进行工业化生产的。
大部分微生物油脂的脂肪酸组成和一般植物油相近，开发微生物油脂资源是生物柴油产业和生物经济的重要研究方向。该研究不仅开发了廉价的花生四烯酸资源，而且其创建的技术，如离子束细胞修饰技术、菌粕重复利用等，为解决微生物油脂产业发展技术瓶颈提供了新的思路。该研究得到了国家“八五”和“十五”科技攻关计划（批准号： 85-722-22-01和2001BA302B－04）的资助。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1360/972011-2199
PMC:
PMID:
Ion-beam-mutation breeding of an arachidonic acid biosynthesis microorganism and its industrial fermentation control
YU ZengLiang, WANG Ji, YUAN ChengLing, HUANG Qing, FENG HuiYun, GONG GuoHong, ZHENG ZhiMing, YAO JianMing
Some microorganisms in nature produce high-quality oils. These oils provide nutritional benefits to human health, and can be potential sources of biodiesel. Developing microorganism-derived oils, also known as single-cell oils, is particularly important for China because of the shortage of oil resources. We have bred a high-yielding, polyunsaturated fatty acids (PUFCs)-producing strain from the fungi Mortierella alpine by using a two-step strategy of ion-beam-mutation breeding and PUFCs productivity screening. We further studied the nutritional requirements of this new strain, and developed a technique that recycles the fungi residues, after oil extraction, into fermentation substrates. A biomass of 38.2 g/L, 20.67 g/L of which were oils, was reached in the 6×50 m3 and 4×200 m3 highcapacity reactors, designed for mycelial fungus fermentation at high-density, with optimized energy and mass transmission efficiency. Among the oils, the content of the physiologically active arachidonic acid reached 9.89 g/L at the highest level and 8.97 g/L on average. Residual oils, after arachidonic acid extraction and refinement, were processed into biodiesel, the main indexes of which attained the national standards.
