硒是一种对人类和动物健康至关重要的必需微量元素，在抗氧化防御、免疫调节等方面发挥着重要作用。在自然界硒以多种形态存在，包括硒化物（-2价）、元素硒（0价）、亚硒酸盐（+4价）和硒酸盐（+6价），而非毒性的硒存在于硒纳米粒子（SeNPs）、硒蛋白和硒酸盐多糖中。
微生物具备将无机硒转化为有机硒或无毒纳米硒形式的能力，其中酵母和乳酸菌已广泛作为研究富硒特性的模式微生物。尽管如此，这两种微生物在硒的生物转化方面的能力仍十分有限。目前，已知的能有效还原硒化合物的微生物种类相对较少，并且微生物中无机硒转化和有机硒积累的复杂机制尚未明确，无疑增加了富硒蛋白生物创制的难度。
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合成生物学研究团队在富硒蛋白生物创制及机制解析方面取得重要突破。团队借助高通量筛选技术选育一株野生的米曲霉菌株A. oryzae A02，其具有超强的环境鲁棒性，可以在20 g/L Na2SeO3培养条件下正常生长。在200 L中试发酵规模下，建立了米曲霉A. oryzae A02富硒发酵工艺，实现了硒有机转化和菌体蛋白积累相辅相成，使得A. oryzae A02菌体蛋白中总硒含量达到8462 ppm，超过了商业化富硒酵母的2-3倍。其中米曲霉菌体蛋白中积累的总硒主要以两种形式存在：硒蛋白（硒代蛋氨酸SeMet 32.1%，硒代半胱氨酸SeCys 14.4%）和硒纳米粒子（SeNPs 53.5%）。随后团队对具有超强富硒能力的米曲霉菌株A. oryzae A02进行了全基因组扫描和比较转录组学解析，挖掘了米曲霉菌株A. oryzae A02无机硒转化、有机硒积累的核心元件和关键通路，发现了无机硒氧化的同化还原途径和异化还原途径既相对独立又相互交联，阐明了米曲霉菌株A. oryzae A02硒生物转化与有机硒积累动态调节的潜在机制。此外，团队完成了富硒A. oryzae A02菌体蛋白的营养功能评价，发现其可以上调小鼠肝细胞中的过氧体活性，同时下调雌激素2-羟基酶活性，这表明富硒A. oryzae A02菌体蛋白在增强细胞抗氧化生理功能和维持代谢平衡方面具有应用潜力。
该研究得到国家重点研发计划、河南省中国科学院科技成果转移转化项目的支持，相关研究获得授权专利2项，并于近期发表于International Journal of Biological Macromolecules期刊。天津工业生物所副研究员高乐为论文第一作者，吴信研究员为论文通讯作者。
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富硒蛋白生物创制及机制解析
