Bioengineered algal lipids enriched in structured medium- and long-chain triacylglycerols, linoleate, and sn-2 palmitate for human milk fat substitutes

研究人员对产油绿藻*Auxenochlorella*进行工程化改造，使其生物合成富含结构化的中链与长链甘油三酯、亚油酸以及sn-2位棕榈酸的人乳脂肪替代品，从而复制人乳脂肪对婴儿营养至关重要的结构和组成特征。

要点

想象一下，人类母乳就像一种为婴儿不断发育的“引擎”量身定制的、完美调配的高性能燃料。这种燃料中最重要的部分是一种名为**三酰甘油（TAGs）**的特殊脂肪。这些脂肪不仅提供了婴儿生长所需能量的一半以上，还如同“智能积木”一般，帮助构建婴儿的免疫系统和神经系统。

然而，并非所有脂肪都同等重要。该研究强调了人乳脂肪中一种非常特定的“秘密配方”：棕榈酸。将这种脂肪酸想象成晚宴上的一位贵宾。在人乳中，这位贵宾总是坐在甘油“餐桌”的sn-2 位（中间位置）。这种特定的座位安排至关重要，因为当婴儿的消化系统分解脂肪时，酶就像服务员一样，只从外侧座位（sn-1 和 sn-3）取食。由于棕榈酸被安全地安置在中间座位上，它会以"2-棕榈酰单酰甘油”的形式留在“餐桌”上，从而使婴儿更容易吸收和利用。

该研究还指出，人乳有点像变色龙；其脂肪组成会随着母亲的饮食和居住地而变化，特别是在油酸和亚油酸这两种脂肪之间的平衡方面。此外，人乳含有一种独特的**中链与长链脂肪（MLCTs）**混合物，它们如同一种混合燃料，兼具快速供能与持久动力的特点。

为了解决如何制造出能模拟这种复杂配方的婴儿配方替代品的问题，科学家们转向了自然界中的微型工厂：绿藻（具体为一种名为Auxenochlorella的藻类）。他们通过基因工程改造这些藻类，使其充当脂肪分子的定制 3D 打印机。这些藻类并非随意制造任何脂肪，而是被编程来构建一种非常特定的结构：

1. 它们将MLCTs（混合燃料）打包进去。
2. 它们迫使棕榈酸坐在中间（sn-2）位，就像在人乳中一样。
3. 它们精确匹配人乳中最常见脂肪的比例。

简而言之，研究人员不仅仅制造了一种脂肪替代品；他们设计了一个微型藻类工厂，生产出一种在结构和功能上几乎与人类母乳脂肪完全一致的脂肪，甚至精确到分子层面的特定座位排列。

技术摘要

技术摘要

问题陈述
母乳脂肪（HMF）是婴儿的主要热量来源，贡献了超过 50% 的总能量摄入，同时提供对免疫系统和神经系统发育至关重要的结构性及生物活性脂质。HMF 的一个决定性特征是棕榈酸的 regiospecific（区域特异性）分布，其占脂肪酸谱的 20–25%，并主要酯化在甘油骨架的 sn-2 位。这种特定的定位具有重要的生理意义，因为它有助于在肠道脂肪酶水解 sn-1 和 sn-3 位脂肪酸后，促进 2-棕榈酰 - 单酰甘油（2-palmitoyl-monoacylglycerol）的吸收。此外，HMF 富含结构化的中链与长链三酰甘油（MLCTs），且其油酸与亚油酸的比例随母体饮食和地理因素而变化。目前的婴儿配方奶粉往往缺乏这些特定的结构特征，可能限制其与母乳的营养等效性。

方法
为满足对更符合生理实际的 HMF 替代品的需求，研究人员对产油绿藻 Auxenochlorella 进行了工程化改造。该研究聚焦于修饰该藻类的代谢途径，以引导三酰甘油（TAGs）的生物合成，从而模拟 HMF 的特定结构和组成特征。该工程策略旨在生产富含以下成分的脂质：

1. 结构化的中链与长链三酰甘油（MLCTs）。
2. 特异性酯化在 sn-2 位的棕榈酸。
3. 与 HMF 中最丰富脂肪酸（包括亚油酸）比例相匹配的脂肪酸谱。

主要贡献与结果
该研究成功展示了利用工程化 Auxenochlorella 菌株合成定制化 HMF 替代品的能力。所得藻类脂质实现了以下目标：

• 区域异构体匹配：工程化脂质复现了 HMF 特有的 sn-2 位棕榈酸富集特征，确保了婴儿消化和吸收所需特定区域异构体的存在。
• 结构富集：产品含有显著比例的结构化 MLCTs，与母乳复杂的 TAG 结构相一致。
• 脂肪酸组成：脂质谱富含亚油酸，并保持了与 HMF 变异一致的油酸与亚油酸比例，同时匹配了母乳中其他主要脂肪酸的丰度。

意义
该论文声称，工程化 Auxenochlorella 菌株为生产一种在区域异构体组成和脂肪酸比例上与天然母乳相匹配的母乳脂肪替代品提供了一个可行的生物平台。通过复现 HMF 的特定结构特征——尤其是 sn-2 位棕榈酸和 MLCTs 的富集——该方法为改善婴儿配方奶粉的营养质量提供了潜在解决方案，从而更好地支持婴儿免疫系统和神经系统的发育。