近期，我校生物工程学院糖化学与生物技术教育部重点实验室李子杰副教授课题组在酿酒酵母高效合成乳酰-N-三糖 II（LNT II）的研究中取得重要进展。研究成果以“High-efficiency production of lacto-N-triose II through combinatorial metabolic strategies in Saccharomyces cerevisiae”为题，正式发表于Chemical Engineering Journal。
酿酒酵母遗传背景清晰、遗传操作工具成熟、工业适配性优异，是真核合成生物学领域应用最广泛的底盘细胞之一。LNT Ⅱ 作为母乳寡糖（HMOs）的核心骨架结构，具有重要生理功能与广阔应用前景。目前，LNT II的生物合成已在大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等原核体系中实现，但在酿酒酵母中的高效合成与系统改造研究仍较为匮乏。酿酒酵母自身不具备乳糖代谢能力，而乳糖正是HMOs合成的关键前体；同时，酵母胞内富含GDP-甘露糖，可经酶促转化生成GDP-岩藻糖，为岩藻糖基化母乳寡糖的合成提供天然底物优势。因此，构建酿酒酵母高效合成LNT II的工程化体系，既是对现有原核合成路线的重要补充，也为复杂结构母乳寡糖的集成化生物合成搭建了通用平台。
本研究采用模块化代谢工程策略，实现以乳糖为底物在酿酒酵母中高效合成 LNT II，并创新性开发乳糖响应型负反馈筛选平台，用于限速酶L-谷氨酰胺-果糖-6-磷酸氨基转移酶（Gfa1p）的半理性定向改造。首先将乳糖转运蛋白（Lac12p）与β-1,3-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶（LgtA）编码基因整合至酵母基因组，构建 LNT II生物合成途径；通过整合Lac12p、β-半乳糖苷酶（Lac4p）与内源GAL调控回路，成功构建三种乳糖响应型生物传感系统（LacGAL v1、v2、v3），实现乳糖信号向半乳糖再向报告基因的高效传导。为支撑Gfa1p定向改造，将CRISPRi 介导的NOT逻辑门、脱水四环素（aTc）诱导系统与LacGAL v1耦合，构建乳糖响应型负反馈筛选平台，筛选获得催化性能显著提升的Gfa1p突变体。在此基础上，通过强化己糖胺途径代谢通量、结合dCas9介导的CRISPRi转录调控系统下调竞争支路关键酶表达水平，进一步优化碳流分配。经系统工程改造，重组酵母菌株LNT II摇瓶产量从0.13 g/L提升至1.2 g/L；在5 L生物反应器补料分批发酵条件下，产量最终达到18.1 g/L，乳糖对LNT II摩尔转化率为0.71 mol/mol。
李子杰副教授与中国科学院过程工程研究所高晓冬研究员为共同通讯作者，我校2021级博士研究生王亚森为论文第一作者。研究工作得到国家重点研发计划项目（2025YFF1107300）、国家自然科学基金项目（32171475）等资助。
近年来李子杰课题组在合成生物学及生物催化领域取得了丰硕成果，相关研究发表在Chemical Engineering Journal (2026)、Bioresource Technology (2026)、Journal of Agricultural and Food Chemistry (2026、2025、2022、2020a、2020b、2019)、Communications Biology (2023)、International Journal of Biological Macromolecules (2025、2024)、Food Bioscience (2025)等本领域权威期刊。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.175493。
图1 酿酒酵母中LNTII模块化生物合成途径的构建
图2 三种乳糖响应型生物传感系统的构建
图3 乳糖响应型负反馈筛选系统LacGALi的构建
