Ученые создали тройной генетический инструментарий для производства экологичных химикатов
Исследователи разработали три инновационных инструмента для инженерии устойчивых к низкому pH дрожжей Issatchenkia orientalis с целью производства ценных биопродуктов из возобновляемой биомассы.
Исследование, опубликованное в Metabolic Engineering, описывает трехсторонний подход и его важность для области устойчивого химического производства.
Команду возглавлял Мингфэн Цао, научный сотрудник Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне. Работа проводилась в лаборатории профессора Хуимина Чжао в Центре инноваций в области передовой биоэнергетики и биопродуктов (CABBI).
В рамках усилий по снижению зависимости от невозобновляемых ископаемых видов топлива ученые исследуют методы производства ценных продуктов из возобновляемой биомассы с использованием организмов, таких как дрожжи. Это требует метаболической инженерии — редактирования генетического кода клеток.
Помимо обычных дрожжей, таких как Saccharomyces cerevisiae, перспективными могут оказаться и неконвенциональные дрожжи. Исследование Цао и Чжао сосредоточено на штамме I. orientalis, известном своей способностью процветать в средах с низким pH, что делает его потенциально мощным продуцентом органических кислот.
До сих пор потенциал I. orientalis был мало изучен из-за нехватки стратегий генетических манипуляций. Ученые CABBI восполнили этот пробел, создав три ключевых инструмента.
Три новых генетических инструмента
Функциональная центромерная последовательность (CEN).
Ранее команда обнаружила, что автономно реплицирующаяся последовательность (ARS) из S. cerevisiae может стабилизировать репликацию плазмид в I. orientalis, но этого недостаточно. Для стабильности и совместимости с системой редактирования генов CRISPR/Cas9 ARS необходимо дополнить функциональной центромерой. Первым новым инструментом стало выделение такой CEN-последовательности в геноме I. orientalis. Пара CEN-ARS необходима для стабильного деления плазмид, что облегчает генетическую инженерию.
Конститутивные промоторы и терминаторы.
Исследователи охарактеризовали сильные промоторы и терминаторы в I. orientalis. Эти компоненты ДНК влияют на экспрессию генов. Тонкая настройка экспрессии, которую они обеспечивают, является ключом к оптимизации организма для производства целевых химических веществ в больших количествах.
Быстрый и эффективный метод сборки ДНК in vivo.
Ученые разработали метод сборки ДНК внутри живого организма (in vivo) для конструирования биохимических путей в I. orientalis. В качестве примера они использовали путь утилизации ксилозы, изначально созданный для S. cerevisiae. С помощью этого метода они внедрили синтетический путь в I. orientalis, в результате чего дрожжи смогли использовать ксилозу в качестве единственного источника углерода.
Этот пример, хотя и не полностью оптимизированный, продемонстрировал, что усовершенствованный метод сборки in vivo можно использовать для эффективного создания надежных биосинтетических путей в I. orientalis.
Вывод: исследование предоставило надежный набор из трех новых генетических инструментов для облегчения повышенной экспрессии целевых генов и помощи в производстве биопродуктов, таких как органические кислоты, из дрожжей I. orientalis.