工业微生物对环境条件的耐受性是影响工业微生物多种有用代谢物生产效率的重要因素。耐受性强的菌株可在逆境条件下具有较好的细胞活性，因此具有更好的发酵性能。纤维素
乙醇作为清洁可再生的生物燃料吸引了国内外研究者的普遍关注，然而纤维素原料预处理过程中会产生影响微生物生长和发酵的抑制物，这些抑制物主要包括弱酸类（包括甲酸和乙酸）、醛类和酚类等。在纤维素水解液中存在的多种抑制物中，乙酸普遍含量较高，其浓度最高可达到15.0 g/L。高浓度的乙酸能引起细胞内线粒体的损伤，造成活性氧（ROS）的积累。碱处理和乙酸乙酯萃取等脱毒方式可以成功降低或去除抑制物，但是这些方法会增加生产成本，难以工业化应用。因此，酿酒
酵母细胞对环境胁迫的耐受性机制及耐性酵母菌株的选育成为亟需解决的问题。本课题组前期研究表明，硫酸锌的添加能提高酵母菌株对高温及乙酸的耐受性，通过细胞全局转录分析发现，两个含有锌指结构域的基因SET5和PPR1在硫酸锌添加的样品中呈显著的上调，因而本研究构建了这两个基因的过表达重组酵母。结果表明，SET5和PPR1过表达的重组酵母菌株在添加乙酸和H2O2的平板中生长性能明显得到提升。在含有抑制物的发酵
培养基中，重组菌株的乙醇发酵时间缩短，乙醇生产强度得到提高，在玉米秸秆水解液发酵中也表现出优良的发酵性能。进一步分析表明，SET5和PPR1对参与胁迫响应的转录因子（HAA1，MSN2/MSN4，YAP1等）起调控作用，推断其处于细胞胁迫响应的上游；且其过表达后明显提高了胞内抗氧化酶及能量代谢关键物质ATP的含量。综上所述，该研究揭示了锌指蛋白基因参与细胞抑制物毒性耐受性的作用机理，并为纤维素乙醇的高效生产提供了新的菌株改造策略。此外，由于酿酒酵母也广泛用于面包生产、啤酒酿造及药物毒性检测等，对酿酒酵母在多种环境胁迫条件下响应机理的研究，也有助于其在食品、酿造及药物开发等多个领域的更有效应用。
图1 过表达SET5和PPR1提高酿酒酵母乙酸耐性的机理
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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/biot.201500508/full
研究团队简介
上海交通大学工业微生物与生物过程研究团队的研究工作重点是改造或构建生产性能优良的微生物菌株，研究开发生物过程工程创新技术，基于环境友好且资源丰富的生物质资源，通过生物炼制的技术路线生产生物燃料和生物基化学品，将基础研究和创新技术开发相结合，服务于经济和社会的可持续发展。团队学术带头人白凤武教授多年从事生物燃料生产技术开发，系统提出了利用以细胞自絮凝形成颗粒作为细胞固定化方法的自固定化细胞技术的概念，开发了自固定化酵母细胞乙醇连续发酵新技术，并在国家燃料乙醇试点工程建设中得到成功应用。团队研究骨干赵心清教授多年致力于酿酒酵母菌株选育及代谢工程改造研究，在酿酒酵母环境胁迫耐性机理、丝状真菌纤维素酶生产菌株选育，及工业微生物的基因组挖掘和遗传改造等研究领域取得了多项创新成果。对絮凝酵母和硫酸锌添加提高酿酒酵母环境耐性的机理进行了深入研究，发现了多个功能基因可提高酿酒酵母对抑制物的耐受性。2015年赵心清教授获得日本生物工程学会颁发的亚洲生物技术青年奖(YoungAsian Biotechnologist Prize)，并受邀在2016年第14届国际酵母菌大会(The 14thInternational Congress on Yeast, ICY14)上做邀请报告，所取得的相关研究成果为进一步推动酿酒酵母生物技术应用研究和开发奠定了基础。
