甲醇等非粮原料生物制造微生物蛋白是破解蛋白供给困局的重要路径，其中甲基营养型酵母毕赤酵母天然具备甲醇利用能力、生长速度快、适配工业化发酵体系等优势。

长期以来相关研究多关注“碳中心”优化范式，忽视了细胞内碳代谢与氮代谢的深度协同调控。氮同化效率不足导致支撑蛋白合成的碳骨架供应受限，无机氮向菌体蛋白的转化效率难以突破是甲醇生物合成微生物蛋白工业化生产的瓶颈因素之一。

【SynBioCon】获悉，近日，中国科学院天津工业生物技术研究所吴信研究员带领的营养资源生物合成团队在重塑毕赤酵母工程菌高铵固氮方面取得新进展。研究团队借鉴玉米氮高效位点THP9的功能分析，锁定跨物种保守的氮代谢调控枢纽ASNS。通过多酵母菌株相关性分析证实，ASNS表达量与酵母粗蛋白含量呈极强正相关。

进一步通过在毕赤酵母基因组中性位点逐步整合ASNS拷贝，构建了系列工程菌株；结合组学数据挖掘并验证关键基因PAS_chr1-1_0158的功能，该基因既是氮饥饿传感器，也是驱动微生物蛋白积累的代谢放大器。

当ASNS过表达会打破细胞内原有的氮稳态，使谷氨酰胺/谷氨酸比值这一氮同化通量的经典标志物提升至20.02，达到野生型的1.7倍，这种氮状态的失衡会激活PAS_chr1-1_0158介导的调控回路，一方面上调谷氨酰胺合成酶、ω-酰胺酶、天冬氨酸转氨酶等关键基因的表达，加速氮循环与铵同化；另一方面同步激活三羧酸循环的关键节点，为蛋白合成提供更多能量与碳骨架，最终形成氮同化-碳代谢协同增强的自强化循环。在5升发酵罐补料分批发酵结果显示，ASNS三拷贝工程菌株的菌体蛋白含量最高可达62.07%，较野生型菌株蛋白提升了11.4%，且发酵周期缩短了15%，显著提高了发酵强度及发酵效率。基因组尺度代谢网络模型预测与实验验证结果一致，ASNS过表达能够强化天冬氨酸代谢与三羧酸循环的协同耦合，推动15种氨基酸合成通量的全面提升。

该研究创新性地将玉米中进化形成的高效氮代谢调控机制跨界移植到毕赤酵母中，构建了由天冬酰胺合成酶介导的碳氮协同调控网络，成功创制出具有高铵固氮能力的毕赤酵母工程菌株，这一策略建立的跨界代谢工程范式，为单细胞蛋白生物制造中碳氮共优化的工业菌株构建，提供了创新性思路和重要技术支撑，为摆脱单细胞蛋白生产对农业资源的依赖提供了新的技术方案。