《Microbiology Spectrum》：Antarctic fungi: a bio-source alternative to produce polyunsaturated fatty acids (PUFAs)
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本文系统评估了南极真菌在低温适应性中通过调节膜脂不饱和度合成多不饱和脂肪酸（PUFAs）的潜力。研究通过基因组鉴定三种南极真菌（Cordyceps farinosa、Cadophora malorum、Epicoccum nigrum），结合温度调控（10°C/25°C）与农业废弃物培养基（如乳清/啤酒废料）优化发酵工艺，在5L生物反应器中实现高达59.5 g/L生物量产量和600 mg/g总脂肪酸含量，其中PUFAs占比达52%-77%，尤其低温（10°C）显著提升亚麻酸（C18:3）产量。该研究为替代鱼油的可持续PUFA生产提供了新型微生物资源与技术路径。
ABSTRACT
南极生态系统以极端低温和低湿度为特征，而真菌等生物却能通过表型可塑性适应此类环境。低温会显著影响真菌膜脂的结构与组成，嗜冷真菌通过增加不饱和脂肪酸比例维持膜流动性。这一适应性特征为开发新型多不饱和脂肪酸（PUFAs）生物资源提供了思路。本研究对三种南极真菌菌株进行基因组鉴定，并通过调控温度与培养基成分优化其生物量与PUFA产量。结果显示，这些真菌的PUFAs占比高于饱和脂肪酸，低温（10°C）培养可提升亚麻酸（C18:3）产量，而利用啤酒废料和乳清等农业废弃物作为培养基可实现高质量的生物量产出。
INTRODUCTION
嗜冷生物对低温的适应与膜脂不饱和度直接相关：温度越低，膜脂中不饱和脂肪酸的比例与程度越高。南极真菌凭借高表型可塑性，在极端环境中通过表观遗传适应性记忆调整代谢途径。PUFAs（如亚油酸、α-亚麻酸）在调节胆固醇水平和心血管健康方面具有重要作用，但目前主要依赖鱼油的生产方式面临可持续性挑战。南极真菌通过调节饱和与不饱和脂肪酸比例，有望成为可持续PUFA生产的替代资源。
MATERIALS AND METHODS
真菌菌株
实验采用从南极凯岛苔藓和斯塔尔冰原土壤中分离的三种真菌：Cordyceps farinosa（FBL 167）、Cadophora malorum（FBL 175）和Epicoccum nigrum（FBL 181），保藏于罗马大学真菌生物多样性实验室。
遗传鉴定与培养优化
通过ITS测序和纳米孔全基因组测序确认菌种分类。初步筛选显示S10、S11和S15（含啤酒废料与乳清）培养基生物量产量最高。在摇瓶与5L生物反应器中比较不同温度条件（10°C恒温、25°C恒温、25°C转10°C）对生长的影响。
脂肪酸分析
通过气相色谱（GC）分析真菌菌丝体中的脂肪酸组成，包括棕榈酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1）、亚油酸（C18:2）和亚麻酸（C18:3），并以非adecanoic酸为内标进行定量。
RESULTS
分子鉴定与生长评估
基因组比对证实FBL 175与Cadophora malorum相似度达97.7%，FBL 167与Cordyceps farinosa相似度97.9%，FBL 181与Epicoccum nigrum相似度89.5%。在摇瓶培养中，25°C转10°C条件下使用S15培养基时生物量最高（FBL 175达51.1 g/L）。生物反应器中S15培养基进一步将生物量提升至54.7–59.5 g/L。
脂肪酸谱特征
总脂肪酸含量最高达600 mg/g菌丝干重，PUFAs占比52%–77%。低温（10°C）显著促进亚麻酸合成（FBL 175中高达74.5 mg/g），而25°C转10°C条件兼顾生物量与不饱和脂肪酸总量（如FBL 167在S11培养基中PUFAs达388.6 mg/g）。主要脂肪酸为棕榈酸（14%–36%）、油酸（16%–48%）和亚油酸（16%–44%）。
DISCUSSION
南极真菌通过增加膜脂不饱和度维持低温下的生理功能，本研究首次系统评估其在农业废弃物培养基中的PUFA合成潜力。低温通过提升溶解氧浓度激活去饱和酶活性，促进亚麻酸积累。生物反应器的可控环境（如pH、溶氧）进一步优化了产量。与传统来源（如Mortierella alpina）相比，南极真菌在低成本基质中展现出更高PUFA产率，为替代鱼油提供了可持续方案。未来可拓展至生物燃料、纳米药物载体等应用领域。
ACKNOWLEDGMENTS
研究受意大利国家南极研究计划（PNRA）资助。
