从异养海洋微生物Aurantiochytrium mangrovei和Crypthecodinium cohnii中生产13C标记的二十二碳六烯酸，为通量组学研究提供了可能

《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Production of 13C-labeled docosahexaenoic acid from heterotrophic marine microorganisms Aurantiochytrium mangrovei and Crypthecodinium cohnii enabling fluxomic applications

　　DHA同位素标记生物合成研究：以A. mangrovei和C. cohnii为对象，通过13C-葡萄糖培养实现DHA高效富集，HPLC纯化后A. mangrovei达96.7%富集度，C. cohnii为86.3%。分析代谢差异及脂质分布，为临床营养和代谢研究提供新方法。

　　DHA（二十二碳六烯酸）作为一种关键的ω-3长链多不饱和脂肪酸，对人类大脑和眼睛的健康具有深远影响。它是神经保护的重要成分，同时也对视觉功能和认知发展起着关键作用。DHA的缺乏与多种眼部疾病如黄斑变性和青光眼，以及神经退行性疾病如阿尔茨海默病（AD）密切相关。由于人体自身合成DHA的能力有限，主要依赖于饮食摄入，因此DHA的补充在维持大脑健康和预防疾病方面具有重要意义。为了深入研究DHA的代谢过程和其在体内的转化路径，研究人员通常使用稳定同位素（如13C）或放射性同位素（如3H、1?C）作为示踪剂。然而，这些方法存在成本高、使用受限等缺点，限制了研究的广度和持续时间。

本研究旨在开发一种可持续的方法，利用异养原生生物Aurantiochytrium mangrovei（A. mangrovei）和Crypthecodinium cohnii（C. cohnii）在13C-葡萄糖培养基中进行生物合成，以生产均匀标记的13C-DHA。这种方法不仅可以解决现有技术中昂贵且难以获取的标记DHA问题，还能够为临床营养研究和生物医学研究提供更广泛的应用前景。通过使用稳定同位素标记的DHA，研究人员可以在不涉及放射性风险的前提下，追踪其在人体内的代谢过程，从而更安全地进行代谢研究。

A. mangrovei的主要脂肪酸（FA）包括16:0、22:5n-6（DPA）和DHA，其中DHA占总脂肪酸的约50.5%。通过气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析，在有效的高效液相色谱（HPLC）纯化后，DHA的13C富集度达到了96.7%。而C. cohnii的主要脂肪酸为12:0、14:0、16:0和DHA，其中DHA约占总脂肪酸的27%。经过GC-MS分析后，其13C富集度为86.3%。这两种原生生物在脂肪酸组成和13C富集度上表现出差异，A. mangrovei中DHA主要分布在极性脂质中，占极性脂质的57.8%，而C. cohnii则主要在中性脂质中积累DHA，占中性脂质的57.5%。这一发现为DHA的分离和纯化提供了新的视角，也为后续研究中不同脂质形式的DHA代谢提供了基础。

为了确保DHA的高纯度和高效富集，本研究采用了HPLC纯化技术，有效分离了DHA与其他脂肪酸。这一方法不仅提高了DHA的纯度，还保证了其13C标记的准确性。研究结果显示，A. mangrovei在纯化后实现了高达96.7%的13C富集度，而C. cohnii则达到了86.3%的富集水平。这些数据表明，利用13C-葡萄糖作为碳源，可以实现DHA的高富集，为大规模生产提供了可行的途径。

在细胞生长和代谢方面，A. mangrovei和C. cohnii的培养条件对细胞浓度和脂肪酸含量产生了显著影响。在40 mL的培养实验中，A. mangrovei在控制条件下表现出更高的细胞生长，而在13C富集条件下，其细胞浓度较低，但脂肪酸含量较高。在200 mL的培养实验中，13C富集条件下的细胞生长速度更快，但脂肪酸含量则受到培养时间的影响。C. cohnii在两种培养条件下均表现出相似的细胞生长趋势，但其脂肪酸组成和富集度有所不同。这表明，不同的培养条件可能会影响脂肪酸的合成和积累，从而影响DHA的产量和纯度。

本研究还通过流式细胞术对细胞的参数进行了分析，包括细胞浓度、大小、复杂度和脂质含量。结果显示，细胞的脂质含量随着培养时间的延长而增加，尤其是在进入稳定期后。这表明，在适当的培养条件下，细胞能够有效积累脂质，从而提高DHA的产量。同时，培养基的组成和碳源的选择对细胞的生长和脂质合成具有重要影响，因此在设计培养方案时需要综合考虑这些因素。

在脂肪酸分析方面，本研究采用了多种方法，包括GC-FID和GC-MS。通过这些方法，研究人员能够准确地识别和量化脂肪酸的组成，以及它们的13C富集度。结果显示，A. mangrovei和C. cohnii在不同培养条件下和不同提取方法中，其脂肪酸组成和富集度存在显著差异。这为后续研究中如何优化培养条件和提取方法提供了重要的参考。

本研究的发现不仅有助于理解DHA的代谢过程，还为开发可持续的DHA生产方法提供了新的思路。通过利用异养原生生物进行生物合成，研究人员可以实现DHA的高纯度和高效富集，从而满足临床研究和生物医学研究的需求。此外，研究还强调了HPLC纯化技术在DHA分离中的重要性，以及如何通过调整培养时间和条件来优化DHA的产量和纯度。这些结果为未来在代谢组学和营养学领域的研究提供了坚实的基础，也为相关疾病的预防和治疗提供了新的可能性。