科學通報 | 中國科學院天津工業生物技術研究所吳信團隊綜述甲基營養型畢赤酵母單細胞蛋白研究進展

在全球糧食需求持續增長與氣候變化壓力日益凸顯的背景下，傳統農業蛋白生產模式面臨資源消耗高、環境代價大的可持續性挑戰。我國長期依賴進口蛋白原料，進口比例高達80%以上，這不僅增加了供應鏈風險，更對國家糧食安全構成重大威脅。如何開拓新型蛋白資源，構建自主可控的蛋白供給體系，成為農業科技攻關的核心問題。

近日，中國科學院天津工業生物技術研究所吳信研究員團隊在《科學通報》發表了題為“甲基營養型畢赤酵母單細胞蛋白研究進展”的綜述論文，系統總結了甲基營養型畢赤酵母作為單細胞蛋白（single cell protein , SCP）生產菌種的最新研究進展。文章從代謝機制解析、工程菌株構建、發酵工藝優化到產業化應用等多個維度，全面梳理了該領域的關鍵技術突破與發展路徑。

甲基營養型畢赤酵母因其能夠利用甲醇作為碳源、生長迅速、可實現高密度發酵，且被認定為GRAS（generally recognized as safe, 一般認為安全）微生物，被認為是理想的SCP工業化生產平臺。然而，野生型菌株存在蛋白質含量偏低（40%–50%）、必需氨基酸組成不平衡、對甲醇及其毒性中間產物耐受性差等問題，限制了其產業化應用。

文章系統闡述了通過理性代謝工程與適應性實驗室進化（adaptive laboratory evolution, ALE）相結合的策略，對畢赤酵母進行多層次的精準調控。在代謝層面，研究團隊通過改造醇氧化酶（alcohol oxidase, AOX）強化甲醇氧化、過表達二羥基丙酮合酶提升碳同化效率、構建蛋白質支架優化中間體傳遞，實現了碳代謝通量的精細平衡。同時，通過強化氮代謝途徑和細胞壁重構，顯著提高了氮源利用效率和蛋白質積累能力。值得一提的是，通過長期在高甲醇濃度和高溫壓力下的適應性進化，團隊成功選育出工程菌株HTX-33。該菌株在中試規模發酵中表現出卓越性能：生物量達到63.37 g DCW/L，甲醇轉化率為0.46 g DCW/g，粗蛋白含量高達50.6%，相關指標均達到國際先進水平。

在推進基礎研究的同時，也應注重技術創新與產業應用的緊密結合。通過優化發酵工藝參數，包括碳氮源比例、溶氧調控及動態補料策略，進一步提升SCP生產效率，顯著增強工業放大適應性。目前，畢赤酵母SCP已在食品和飼料領域展現出廣泛應用前景。在食品領域，SCP被用于高蛋白食品、肉替代品和膳食補充劑；在飼料領域，SCP正逐步替代魚粉、豆粕等傳統蛋白源，在水產、禽類及反芻動物飼料中發揮重要作用。

本綜述不僅是對畢赤酵母SCP生產菌株改造策略的系統總結，更是對未來非糧型蛋白制造方向的科學展望。未來，隨著人工智能、高通量篩選等前沿技術與合成生物學的深度融合，將進一步加速高產、優質、營養均衡的SCP菌株的迭代升級，為我國構建自主可控的蛋白供給體系、保障國家糧食安全貢獻“微生物智造”的中國方案。

中國科學院天津工業生物技術研究所吳信研究員為論文通訊作者，天津工業生物技術研究所研究生袁潔為論文第一作者。相關研究受到中國科學院戰略性先導科技專項（XDC0110304）和天津市科技計劃項目(23YFYSHZ00140) 資助。

文章信息

袁潔，董燦燦，戎友燕，等.甲基營養型畢赤酵母單細胞蛋白研究進展. 科學通報, 2026.

https://doi.org/10.1360/CSB-2025-5384

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