Enhanced eicosapentaenoic acid productivity in Microchloropsis salina through low-cost medium optimization and EMS-induced random mutagenesis
本研究表明，将低成本培养基优化与 EMS 诱导的随机突变相结合，显著提高了原生海洋微藻 *Microchloropsis salina* 的二十碳五烯酸（EPA）产量，使获得的一个突变株在营养成本仅为标准培养基一小部分的情况下，实现了大幅提升的生物量和 EPA 产量。
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海洋是广袤的生命之源，但它也是脆弱的。几十年来，世界一直依赖鱼油来提供二十碳五烯酸（EPA），这是一种对人类心脏和大脑健康至关重要的营养素，同时也为全球水产养殖业提供养分。然而，捕捞这种资源正变得日益困难。供应量随季节波动，海洋生态系统面临着日益增长的压力，且油脂本身可能会降解或积累不必要的污染物。科学家们长期以来一直在微观世界中寻找替代方案。微小的藻类作为海洋食物网的基础，是这些脂肪酸的天然工厂。它们可以在受控的水箱中生长，从而在不造成工业捕捞环境代价的情况下提供稳定的供应。然而，将这些微型生物转化为实用且负担得起的 EPA 来源仍然是一个顽固的挑战。藻类往往生长过慢、产生的目标营养素过少，或者需要昂贵的食物才能生存，这使得最终产品的成本对于广泛使用而言过于高昂。
在最近的一项研究中，来自韩国茂冠大学（Mokorn University）的研究人员通过结合两种不同的方法解决了这个问题：寻找合适的藻类并喂食正确的食物。他们首先开始搜寻巨济岛（Geoje Island）的沿海水域，寻找一种能在廉价的基于肥料的饮食下茁壮成长的本土微藻菌株。他们从海水中分离出了几种候选品种，并确定了其中一种，一种被称为 Microchloropsis salina 的物种，该物种对一种源自农业肥料的低成本营养混合物表现出特别的渴求。当喂食由这种肥料和海盐组成的简单溶液时，这一特定菌株生长良好，研究人员将这种组合命名为 ES 培养基。这是至关重要的一步，因为它证明了无需依赖实验室环境下通常使用的精炼且昂贵的化学品，即可生产出高价值的营养素。据计算，在这种新培养基中生产单克 EPA 所需的营养成本比标准实验室配方低近十倍。
然而，即使是最好的藻类也有其极限。原始菌株虽然高效，但产生的 EPA 量不足以具备真正的竞争力。为了进一步提升其性能，研究人员采用了被称为随机诱变（random mutagenesis）的经典技术。他们将藻类暴露在一种化学试剂中，这种试剂会轻微地扰乱其遗传密码，从而创造出数以千计的细微变异。从这些改变后的细胞池中，他们寻找那些意外变得更擅长完成工作的细胞。他们在低成本培养基中培育这些候选菌株，并筛选其成功的迹象：生长速度更快、脂肪含量更高以及产生目标营养素的能力更强。经过几轮测试后，一个突变株脱颖而出。研究人员将这一优异的菌株命名为 BSL(N)103-1。
当这种新的突变株在优化的低成本培养基中生长时，结果令人瞩目。在十天的周期内，该培养物产生了大量的生物量（即总藻类质量），浓度达到每升 4.6 克。更重要的是，该生物量内的脂肪含量极高，且生产的特定 EPA 量显著高于原始菌株在相同低成本环境下所能达到的水平，几乎是原始菌株在标准、昂贵食物中生长水平的三倍，以及在标准食物中生长水平的近四倍。研究人员还检查了这一改良菌株的遗传组成，以了解发生了哪些变化。他们发现，与其原始菌株相比，其 DNA 存在超过 1,500 处差异，其中包括近一百处可能对细胞功能产生重大影响的变化。虽然研究并未精确指出究竟是哪一个单一变化导致了改进，但该遗传图谱为未来的调查提供了一份候选名单。
这项项目的成功在于研究人员如何将生物体与其环境联系起来。他们不仅仅是试图强迫藻类更加努力工作；他们首先找到了一种天然喜欢廉价食物的菌株，然后改进了这一特定菌株以使其在那种环境下茁壮成长。由此产生的突变株不仅生长得更快，还改变了其内部化学性质，使其脂肪酸谱向含有更高比例的所需 EPA 方向转变。这种方法表明，可持续生产并不总是需要复杂的基因工程或昂贵的技术。通过仔细匹配一种强韧的本土生物与简化的经济型饮食，并利用传统的育种技术来增强其自然能力，团队创建了一个既高效又经济的系统。研究结论认为，这种综合策略为从海洋中生产必需营养素提供了一条可行的路径，将微小的藻类转变为未来可靠且低成本的健康来源。
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