Биоинженерные дрожжи массово производят растительное лекарство
Растительные лекарства сложно производить в промышленных масштабах. Команда биоинженеров из Университета Кобе модифицировала клеточные механизмы у вида дрожжей, чтобы одно такое соединение теперь можно было производить в ферментере с беспрецедентной концентрацией. Это достижение также указывает путь к микробному производству других растительных соединений.
Продукты растительной медицины обладают многими полезными для здоровья эффектами, но часто не подходят для массового производства. Один из примеров — артепиллин C, обладающий антимикробным, противовоспалительным, антиоксидантным и противораковым действием, но доступный только как продукт пчеловодства.
Биоинженер из Университета Кобе Хасунума Томохиса говорит: «Для получения высокодоходного и недорогого источника желательно производить его в биоинженерных микроорганизмах, которые можно выращивать в ферментерах». Однако это сопряжено со своими техническими трудностями.
Для начала необходимо идентифицировать фермент — молекулярную машину, которую растение использует для производства конкретного продукта.
«Растительный фермент, ключевой для производства артепиллина C, был обнаружен совсем недавно Ядзаки Кадзуфуми из Университета Киото. Он спросил нас, можем ли мы использовать его для производства соединения в микроорганизмах, учитывая наш опыт микробного производства», — говорит Хасунума.
Затем команда попыталась внедрить ген, кодирующий фермент, в дрожжи Komagataella phaffii. По сравнению с пивными дрожжами, они лучше способны производить компоненты для этого класса химических веществ, могут выращиваться при более высокой плотности клеток и не производят алкоголь, который ограничивает рост клеток.
В журнале ACS Synthetic Biology они сообщают, что их биоинженерные дрожжи произвели в 10 раз больше артепиллина C, чем удавалось ранее. Они достигли этого, тщательно настраивая ключевые этапы молекулярной производственной линии артепиллина C.
Хасунума добавляет: «Ещё один интересный аспект заключается в том, что артепиллин C неохотно выделяется в среду для роста и имеет тенденцию накапливаться внутри клетки. Поэтому было необходимо выращивать дрожжевые клетки в наших ферментерах до высокой плотности, чего мы достигли, удалив некоторые мутации, введённые по техническим причинам, но которые мешают плотному росту организма».
У биоинженера из Университета Кобе уже есть идеи, как ещё улучшить производство. Один из подходов — дальнейшее повышение эффективности финального и критического химического этапа путём модификации ответственного фермента или увеличения пула химических предшественников. Другой подход — найти способ транспортировки артепиллина C из клетки.
«Если мы сможем модифицировать транспортер — молекулярную структуру, которая транспортирует химические вещества в клетку и из неё, — так, чтобы он экспортировал продукт в среду, сохраняя предшественники в клетке, мы сможем достичь ещё более высоких выходов», — говорит Хасунума.
Однако значение этого исследования выходит за рамки производства данного конкретного соединения.
Хасунума объясняет: «Поскольку в природе существуют тысячи соединений с очень похожей химической структурой, существует реальная возможность того, что знания, полученные при производстве артепиллина C, могут быть применены для микробного производства других растительных соединений».