李清福

　　蛋白質生產之細胞工廠—Yarrowia lipolytica酵母菌介紹

　　為了量產工業、農業、食品、化妝品、醫藥或研究需要上所使用的各種酵素、荷爾蒙等功能性蛋白質，早期學者將其相對基因轉殖至大腸桿菌細胞中進行生產，胰島素的生產便是其中最為熟知的個案。然而部分真核細胞的基因不易在大腸桿菌等原核細胞中進行表現，或其生產之蛋白質活性不盡如人意，故學者紛紛尋求與構築更適合的真核細胞作為蛋白質表現與分泌系統。在眾多的使用生產蛋白質的系統中，酵母菌因培養容易、操作簡單、且具真核細胞中轉譯後修飾（post- translational processing and modification）、雙硫鍵形成與N端醣基化等功能，可使蛋白質合成後更易具生理活性，因而利用酵母菌做為生產的系統非常廣泛(Wang et al.1999)。然而在傳統以Saccharomyces cerevisiae為宿主的生產系統中，存在許多限制，如分泌蛋白質產量低，缺乏可茲利用的高效率分泌訊號序列(signal sequences)，同時其生長易因酒精產生而受到限制等。有鑑於此，一些非傳統性較高效率的酵母菌分泌生產系統逐漸被開發使用，這些酵母菌系統較常使用者包括甲醇利用酵母菌Pichia pastoris和Hansenula polymorpha， 乳酸生產酵毌菌Kluyveromyces lactis，裂殖酵母菌Schizosaccharomyces pombe, 及澱粉分解菌Schwanniomyces occidentalis 和Yarrowia lipolytica（Dominguez et al.1998），這些菌種大多比Saccharomyces cerevisiae之分泌效果為佳（Muller et al. 1998），其中Yarrowia lipolytica蛋白分泌量較佳，而甲醇利用酵母菌Pichia pastoris因其表現易於調控且其分泌量高，於學術研究領域應用性極高。即使如此， 以上這些菌種僅有Yarrowia lipolytica和Kluyveromyces lactis屬安全性菌種 (generally recognized as safe, GRAS)，對於其他非安全性菌種於生產食品級蛋白質或部份醫學臨床蛋白質時，其安全性則可能受到質疑。故Y. lipolytica於各領域上之蛋白質生產與分泌的應用逐漸受到重視，應用性也越來越廣。

　　Yarrowia lipolytica屬雙極子囊科(Dipoascaceae)之雙型性酵母菌，亦即該酵母菌同時具有酵母菌單細胞及菌絲兩種特性（圖一、二）。該菌種為異宗交配菌種(heterothallic)，可經交配產生含1-4顆之球型卵型或土星型孢子的子囊。在應用方面，Yarrowia lipolytica具有高脂質分解能力，並利用之質產生有機酸，曾用來生產單細胞蛋白質，提供人類及動物食用。已被美國藥物食品檢驗局認定為安全性菌種。在學術研究上，Yarrowia lipolytica常作為雙型性轉換調控、碳氫化合物及脂肪酸代謝、與及蛋白質分泌途徑與機制等學術主題的模式生物。由此可見其運用廣泛性與重要性。

　　Yarrowia lipolytica可分泌蛋白酶(protease)、酯酶(esterase)、磷酸酶(phosphatase)與脂質水解酶(lipase)。其中以鹼性蛋白酶分泌量極高，被研究的也最透徹，該研究常被用來作為分泌系統機制探討的模式機制，而此細胞也被構築為蛋白質生產及分泌的主要系統之。到目前為止，至少有40種以上的蛋白系藉該系統進行生產與分泌。由此可見該菌種在蛋白質生產的重要性。

* 圖說：1.Yarrowia lipolytica 於營養培養基培養3天（25℃）後之細胞形態，刻度為10微米
* 作者：李清福

* 圖說：2.Yarrowia lipolytica於玻片覆蓋培養7天（25℃）後之菌絲形態，刻度為50微米
* 作者：李清福