超过 90% 的市售类胡萝卜素是使用化学品合成生产的。为了满足类胡萝卜素合成中对具有成本效益的天然化合物日益增长的需求，中国厦门大学的研究人员开发了一种能够选择性过量生产类胡萝卜素的工程酿酒酵母菌株。他们重新设计了基因组序列和关键途径以优化类胡萝卜素的生产。这种新颖且成功的研究方法将来可以扩展到其他模型微生物。

类胡萝卜素属于四萜类化合物，具有碳氢骨架，存在于藻类、植物和一些微生物中。大多数蔬菜和水果的鲜艳颜色都是这些类胡萝卜素色素的结果。由于其优异的抗氧化特性，类胡萝卜素广泛应用于医疗保健、医药和化妆品领域。近年来，这些抗氧化剂分子作为营养食品补充剂而广受欢迎。

目前大多数市售类胡萝卜素都是通过化学合成生产的。从天然来源中提取和纯化类胡萝卜素受到所涉及过程的成本和耗时的限制。为了规避这些问题并满足对类胡萝卜素日益增长的需求，由厦门大学袁继峰博士领导的中国研究小组成功尝试利用微生物合成技术生产类胡萝卜素。“多年来，生物技术已经取得了巨大的发展，允许在基因水平上进行特定的修改并调节细胞内和细胞间的动力学。“我们的团队在酿酒酵母模型微生物上使用了多种策略来改善类胡萝卜素的微生物合成。”袁博士分享了使用微生物合成技术背后的灵感。

他们最初重新设计了酿酒酵母的代谢途径，以增加乙酰辅酶A的总体含量，而乙酰辅酶A可以很容易地转化为类胡萝卜素。此外，它们还抑制角鲨烯合酶-麦角甾醇的次级代谢途径。这种麦角甾醇途径降低了类胡萝卜素生产所需的能量和原材料的总体可用性。此外，由于类胡萝卜素对水具有疏水性，因此它们在酵母微生物中的储存是一个挑战。研究人员引入了人类脂质结合/转移蛋白saposin B (hSapB)基因序列来增强类胡萝卜素的储存。通过将酵母的生长培养基改为低成本、高效益且富含酵母-蛋白胨-葡萄糖的培养基并重新设计基因表达系统，生物量的产量增加了5倍。

酿酒酵母菌株经过选择性重新设计，以优化高含量 β-胡萝卜素(类胡萝卜素的前体分子)的生产。这项开创性研究工作的结果于 2024 年 1 月 10 日在线发表在《BioDesign Research》杂志上。袁博士总结道，也可以扩展到其他微生物，并强调了当前研究的重要性。

推进生物工程以创造新型微生物模型为未来工业类胡萝卜素合成带来希望，促进基本保健补充剂的生产。这种方法可以极大地有助于缓解全球范围内的维生素缺乏症和解决营养不良问题。