BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи

Более 90% коммерчески доступных каротиноидов получают синтетическим путем с использованием химических веществ. Чтобы удовлетворить растущий спрос на экономически эффективные природные соединения для синтеза каротиноидов, исследователи из Сямыньского университета, Китай, разработали штамм дрожжей S. cerevisiae, способный избирательно перепроизводить каротиноиды.

Ученые изменили геномную последовательность и критические пути, чтобы оптимизировать производство каротиноидов. Этот новый и успешный исследовательский подход может быть распространен на другие модельные микроорганизмы в будущем.

Каротиноиды, классифицируемые как тетратерпеноиды, имеют углеродно-водородную основу и встречаются в водорослях, растениях и некоторых микроорганизмах. Яркие цвета большинства овощей и фруктов — результат действия этих каротиноидных пигментов. Благодаря своим прекрасным антиоксидантным свойствам каротиноиды широко используются в здравоохранении, медицине и косметике. В последние годы эти антиоксидантные молекулы завоевали популярность в качестве нутрицевтической пищевой добавки.

Большинство современных коммерчески доступных каротиноидов производится путем химического синтеза. Добыча и очистка каротиноидов из природных источников ограничена из-за дороговизны и трудоемкости процессов. Чтобы обойти эти проблемы и удовлетворить растущий спрос на каротиноиды, группа исследователей из Китая под руководством доктора Цзифэн Юань из Сямыньского университета предприняла успешную попытку получения каротиноидов с помощью методов микробного синтеза. За прошедшие годы биотехнологии сильно развились, позволяя вносить специфические изменения на генетическом уровне и регулировать как внутриклеточную, так и межклеточную динамику.

Наша команда использовала множество стратегий на модельном микроорганизме Saccharomyces cerevisiae, чтобы улучшить микробный синтез каротиноидов, — говорит доктор Юань, делясь вдохновением от использования технологии микробного синтеза.

Сначала они перестроили метаболические пути в дрожжах S. cerevisiae, чтобы увеличить общее содержание ацетил-КоА, который легко превращается в каротиноиды. Далее они подавили вторичный метаболический путь сквален-синтаза-эргостерол. Этот эргостериновый путь снижает общую доступность энергии и сырья, необходимых для производства каротиноидов. Кроме того, поскольку каротиноиды гидрофобны и устойчивы к воде, их хранение внутри дрожжевых микроорганизмов было непростой задачей. Исследователи ввели генетическую последовательность человеческого липид-связывающего/трансферного белка сапозина B (hSapB), чтобы улучшить хранение каротиноидов. Сменив среду роста дрожжей на недорогую, высокополезную среду, богатую дрожжевым пептоном-декстрозой, и перестроив систему генетической экспрессии, удалось увеличить выход биомассы в 5 раз.

Штамм дрожжей S. cerevisiae был селективно перестроен для оптимизации производства высокого содержания бета-каротина, молекулы-предшественника каротиноидов. Результаты этого новаторского исследования были опубликованы в журнале BioDesign Research.

Мы очень надеемся на масштабируемость и простоту внедрения нашей новой технологии производства каротиноидов и считаем, что в ближайшем будущем подобные инженерные стратегии могут быть распространены и на другие микроорганизмы, — заключает доктор Юань, подчеркивая важность данного исследования.

Продвижение биоинженерии для создания новых модельных микроорганизмов открывает перспективы для будущего промышленного синтеза каротиноидов, способствуя производству необходимых медицинских добавок. Такой подход может внести значительный вклад в борьбу с дефицитом витаминов и решить проблему недоедания в глобальном масштабе.

12.03.2024