完美体育天工所团队以甲醇为底物经济生产单细胞蛋白甲醇能够由农业废弃物等可再生资源生产，也可以由二氧化碳制造。从二氧化碳到甲醇是二氧化资源化利用的重要方向，助力减碳。近年来，国内二氧化碳加氢制甲醇项目取得了较大进展，已建成全球最大规模的二氧化碳加氢制甲醇工业试验装置。
近年来，科学家们以甲醇为原料进行生物制造，并不断拓宽产物谱。2021 年，中国科学院天津工业生物技术研究所科研人员将二氧化碳还原生成甲醇，再转化为淀粉，在淀粉人工合成方面取得重大突破性进展。如今，天工所研究人员又实现新突破，成功以工业中试规模利用甲醇生物制造菌体蛋白。相关研究以题“Economical production of Pichia pastoris single cell protein from methanol at industrial pilot scale”发表于MicrobialCellFactories期刊。
菌体蛋白是指通过微生物生产的单细胞蛋白(SCP)，作为动物源性蛋白的替代方案。传统微生物生产菌体蛋白存在低值原料的转化效率和速率低、蛋白质合成能力不足等问题。
甲基营养酵母毕赤酵母具有天然的甲醇同化能力，是基于甲醇的 SCP 合成的理想宿主。然而，想要利用巴斯德毕赤酵母以甲醇为原料工业化生产 SCP，需要改善它在甲醇利用率、耐高温能力和蛋白质含量方面的短板。
在这项研究中，中国科学院天津工业生物技术研究所研究员吴信带领的营养资源合成生物学研究团队，通过适应性实验室进化、有效的细胞壁重塑、强化氮代谢途径关键基因和削弱细胞壁合成等策略解决以上问题，最终，所获得的工程菌株在 33°C 的中试流加培养条件下，最大生物量达到 63.37g DCW/L，甲醇转化率为0.43g DCW/g，蛋白质含量为 50.6%，氨基酸含量为 41.78%。
在利用甲醇生产 SCP 时，原生巴斯德毕赤酵母对甲醇的利用率低，原因包括其甲醇代谢途径复杂、细胞内累积的甲醛具有生物毒性，以及实际生产中的发酵温度高于该酵母的最适生长温度（28-30°C）。
因此完美体育，能够以甲醇为原料经济性生产 SCP 的理想菌株应该具备耐高温、高效利用甲醇、高产蛋白质等特点。
于是，研究人员将野生型 X-33 巴斯德毕赤酵母菌株通过适应性实验室进化获得“升级版”菌株 HTX-33。转录组学和表型分析显示，在这个长期进化过程中，通过异化作用途径对细胞内甲醛的解毒作用减弱，减少了碳损失；对细胞壁重塑，从而具有抗温度胁迫的能力。因此菌株 HTX-33 克服了甲醇利用效率低和不耐高温（33 °C）的问题。
此外，研究人员通过强化氮代谢途径关键基因和削弱细胞壁合成这些代谢工程策略，来提高菌株 HTX-33 的蛋白质含量。
▲图 ALE 增强了巴斯德毕赤酵母在0.5%甲醇基本培养基中的最终生物量和对 33 °C 的耐受性（来源：MicrobialCellFactories）
最终，在 33°C 条件下，以甲醇为唯一碳源的中试规模补料分批培养中，改造菌株 HTX-33 生产 SCP 的最大生物量达到 63.37g DCW/L，甲醇转化率为0.43g DCW/g，蛋白质含量为 50.6%，氨基酸含量为 41.78%。并且，与大豆、鱼类、肉类、全脂牛奶等传统食品相比，研究中获得的 SCP 的蛋白质含量更高。
总的来说，这项研究阐明了巴斯德毕赤酵母高效利用甲醇、耐高温和高蛋白质合成的独特机制，为 SCP 生产提供具有环境、经济和营养效益的巴斯德毕赤酵母细胞工厂。
日益严重的环境危机加剧了从传统石化经济转向可持续原料的需求。微生物对一碳(C1)化合物的同化已成为缓解气候变化的一种有前景的方法。
在一众一碳化合物中，甲醇被认为是化学工业和生物制造的理想 C1 资源。它来源廉价且丰富，更容易运输和储存；此外，甲醇具有高度的还原性，可以为产物生物合成提供更多的驱动力完美体育。
改造遗传背景清晰、工业应用广泛的平台菌株，构建人工甲基营养菌，实现高效的甲醇生物转化完美体育，是目前的研究热点之一。除了天工所研究人员的一系列成果，国内还有很多科研团队致力于相关研究。
2022 年 7 月，中国科学院大连化学物理研究所周雍进团队（高教琪为第一作者）以多形汉逊酵母为生产宿主，通过适应性进化与理性代谢工程改造相结合的方式，并借助多组学测序分析，缓解甲醇代谢压力，实现了甲醇生物转化高效合成脂肪酸。最后，汉逊酵母以甲醇为唯一碳源合成 15.9g/L 脂肪酸。虽然产量已接近目前以葡萄糖为原料的产量，但是仍离产业化有一定距离。相关论文以题“Rescuing yeast from cell death enables overproduction of fatty acids from sole methanol”发表在Nature Metabolism期刊上。
目前甲醇仅能被少数非模式微生物如甲基营养型微生物利用，因此将模式微生物改造为甲基营养型微生物也有助于将甲醇转变为高价值副产物。
2023 年 5 月，江南大学国家发酵工程中心白仲虎教授团队的战春君博士以非甲基营养型的酿酒酵母（S. cerevisiae）为基础菌种，将来源于巴斯德毕赤酵母的甲醇代谢通路（XuMP）引入其中，并通过能量平衡、区室化策略进行改造，最终得到的工程酿酒酵母可以在以甲醇作为唯一碳源的基础培养基中生长。之后通过实验室适应性进化策略获得更强的甲醇代谢能力。研究成果以题“Reprogramming methanol utilization pathways to convert Saccharomyces cerevisiae to a synthetic methylotroph”发表于Nature Catalysis期刊上。