让工业微藻产油能力翻倍，青岛能源所团队发现

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

专访徐健 | 让工业微藻产油能力翻倍，青岛能源所团队发现全新调控通路，构建蓝光超级微藻

2022-04-14 19:06 来源: 交流工业馆

原标题：专访徐健 | 让工业微藻产油能力翻倍，青岛能源所团队发现全新调控通路，构建蓝光超级微藻

微藻可以利用光合作用将二氧化碳转化为有机物，也可以通过基因工程改造生产多种生物燃料和化学产品。近年来，微藻作为 “绿色细胞工厂” 备受关注，与异养底盘细胞相比，基于微藻的合成生物学和生物制造在固碳减排方面发挥着重要作用，发展以微藻为基础的绿色生物制造产业，有望解决当前能源危机和化工产品生产不可持续的问题，同时缓解温室效应。

工业产油微藻则能够利用光合作用将二氧化碳和水转化为油脂，经过物理 / 化学方法把微藻细胞内的油脂转化到细胞外后，再进行提炼加工，就可以制备出绿色环保型的柴油和航油。另外，相比其油料作物，产油微藻生长周期短，单位产油量大。

“光合作用是自然界早已存在的利用天然能源合成有机物的最高效方式，也是地球上历经数十亿年的进化，被自然界选择以利用光能合成有机物的催化方式。而工业微藻合成生物技术的目标，本质上就是将吸收二氧化碳、合成燃料与食物等有机物的过程，微缩到一个通用、可控、可大规模生产的细胞工厂中实现，也就是实现‘农业的工业化’。中科院青岛能源与过程研究所（下称 “青岛能源所”）单细胞中心的徐健研究员告诉生辉 Agri Tech。

近日，徐健所在团队在微拟球藻中发现一种蓝光特异性诱导的油脂合成调控机制，并基于此发明了 BLIO（Blue-Light Induced Oil synthesis）“光控” 高产油技术，该技术将峰值油脂生产率提高了一倍。相关文章发表于 Nature Communications 。

借此机会，生辉 Agri Tech 联系到了论文通讯作者徐健研究员，并和他聊了聊这项研究成果（注：下文涉及微藻为“自养型微藻”）。（详细专家信息请点击照片查看↓ ↓↓）

图 | 徐健研究员（来源：受访人提供）

徐健于 1997 年毕业于北京大学生物技术专业，后于圣路易斯华盛顿大学获得计算机科学硕士和生物化学博士学位，2004 年开始在圣路易斯华盛顿遗传学系和基因组研究院任基因型组装和分析团队负责人，于 2008 年入选中科院 "百人计划" 并全职加入青岛能源所。现任青岛能源所研究员、所务委员，生物能源室主任，单细胞中心主任，山东省能源生物遗传资源重点实验室主任。

2014 年左右，徐健和青岛能源所的马波研究员等共同创建了 “单细胞中心”，该中心提出了拉曼组等单细胞代谢表型组学概念，研制成功 CAST-R、FlowRACS、RACS-Seq 等一系列原创的微生物组单细胞分析科学仪器系列，服务于细胞工厂筛选、生物资源挖掘、环境生态监控、慢病诊断、抗感染精准用药、肿瘤药物筛选等。同时，该中心以微拟球藻为模式，建立了富有特色的工业微藻合成生物学与分子育种研究体系。

2020 年，青岛能源所单细胞中心组织的来自中国、韩国、德国、美国、法国等 14 个实验室的国际联合团队，发布了 “微拟球藻设计与合成数据库”（NanDeSyn），该数据库系统地收集和整合了包括微拟球藻属内所有种的最新基因组序列、基因注释、转录组、蛋白组、小 RNA 等的功能基因组学和表观遗传学数据，以推动微拟球藻作为底盘的光驱动固碳合成生物学技术。

蓝光调控，工业微藻产油率翻倍

20 世纪 70 年代，美国能源部就以发展可持续能源为目的，对微藻开展了大规模搜集、筛选和鉴定工作，最终获得了 300 多种产油微藻 —— 即脂质占细胞干重比例超过 20% 的微藻，最有代表性的微藻种类包括微拟球藻、小球藻、栅藻等。其中，微拟球藻的脂质比例高达 68%。

微拟球藻是一种可利用海水或淡水，在室外大规模培养的工业微藻，相对 “皮实”，可以在缺氮胁迫下大量合成油脂，具有生长速度快、二氧化碳耐受能力强、强劲积累油脂以及高值不饱和脂肪酸等优点。同时，微拟球藻的基因组较小（约 30 Mb），且为单倍体，便于进行遗传操作，遗传操作工具领先，基因组编辑效率高。

“我们团队从 2010 年就开始专注于微拟球藻的合成生物学和分子育种，并率先在国际上发表了微拟球藻基因组编辑、基因敲低、染色体大片段删除等基因组操作工具”，徐健补充道，“团队目前主要对三个模块进行改造：二氧化碳浓缩与固定、甘油三酯分子设计，以及环境感知与耐受性。”

让工业微藻产油能力翻倍，青岛能源所团队发现

图 | 微拟球藻（来源：受访者提供）