Продление жизни дрожжей повышает выход ценных соединений

Метаболическая инженерия позволяет создавать эффективные микробные клеточные фабрики, однако клеточное старение и накопление токсичных метаболитов во время длительной ферментации вызывают метаболический стресс, что в итоге снижает продуктивность клеток. Продление клеточной жизни — эффективная стратегия для увеличения биосинтетической способности.

В исследовании, опубликованном в PNAS, команда под руководством профессора Чжоу Юнцзиня из Даляньского института химической физики Китайской академии наук показала, что сочетание стратегий инженерии продолжительности жизни с оптимизацией метаболических путей в Saccharomyces cerevisiae позволяет достичь высокоэффективного биосинтеза скларола, что является шагом вперёд в улучшении микробного производства через инженерию жизни.

Скларол — ценный дитерпеновый спирт, экстрагируемый из Salvia sclarea. Он широко используется в фармацевтике и агрохимии. Исследователи системно модифицировали клеточную продолжительность жизни по четырём направлениям: восприятие питательных веществ, митофагия, стабильность белков и стабильность генома.

Используя высокопродуктивный штамм для производства скларола, они обнаружили, что одновременное ослабление восприятия питательных веществ и усиление митофагии вместе с оптимизацией метаболического пути привело к продукции скларола на уровне 25.9 г/л.

Омиксный анализ показал, что ослабление восприятия питательных веществ и усиление митофагии улучшили центральный метаболизм и клеточную стабильность за счёт продления хронологической продолжительности жизни и регуляции экспрессии метаболических генов, тем самым повысив синтез продукта у Saccharomyces cerevisiae на поздних стадиях роста клеток.

Кроме того, исследователи выяснили, что эти стратегии инженерии жизни улучшили биосинтез других продуктов, таких как сесквитерпены и фенольные кислоты, что предоставляет универсальный подход для разработки высокопроизводительных микробных клеточных фабрик.

«Наша работа не только устанавливает чёткую связь между хронологической продолжительностью жизни и биосинтетической способностью для улучшения производства скларола, но и предлагает осуществимую стратегию инженерии долголетия, которая может быть применена к различным микробным клеточным фабрикам для устойчивого и экономичного биопроизводства», — сказал профессор Чжоу.