Инженерные дрожжи открывают новые горизонты в биосинтезе жасмонатов
Международная исследовательская группа под руководством профессора Ло Сяочжоу из Шэньчжэньского института передовых технологий (SIAT) Китайской академии наук и профессора Джея Д. Кислинга из Калифорнийского университета в Беркли создала генетически модифицированные дрожжи для производства важных растительных гормонов — жасмонатов, включая жасмоновую кислоту и её производные: метилжасмонат и жасмоноил-изолейцин.
Исследование опубликовано в журнале Nature Synthesis 13 ноября.
Жасмоновая кислота и её производные, известные под общим названием жасмонаты, играют ключевую роль в росте растений, стрессовых реакциях и защитных механизмах, а также имеют потенциал для медицинского применения. Однако их экстракция из растений даёт крайне низкий выход и наносит вред окружающей среде.
Saccharomyces cerevisiae широко используется для промышленного производства биохимических соединений. Эти дрожжи содержат различные органеллы, необходимые для воссоздания растительных путей с участием множества ферментов, локализованных в разных компартментах клетки.
Биосинтез жасмонатов — это сложный, катализируемый многими ферментами процесс, характеризующийся выраженной компартментализацией: ферменты активны в хлоропласте, пероксисоме и цитозоле. Хлоропласт — это компартмент для производства предшественников α-LeA и оксо-фитодиеновой кислоты (OPDA). Поскольку у дрожжей нет хлоропласта, реконструкция пути биосинтеза жасмонатов представляет сложность из-за несовместимости ферментов, адаптированных к нетипичным условиям.
Чтобы решить эти проблемы, исследователи использовали ферменты, локализованные в эндоплазматическом ретикулуме и цитозоле, для генерации промежуточных продуктов α-LeA и OPDA. С помощью геномного редактирования родительского штамма Lab001 был создан финальный инженерный штамм. Он содержал 15 гетерологичных генов от различных растений и грибов, а три его собственных гена были удалены. В культуре в колбах этот штамм производил жасмоновую кислоту с титром 9.6 мг·л-1. Дальнейшая инженерия штамма также позволила получить 3.1 мг·л-1 метилжасмоната и 7.0 мг·л-1 жасмоноил-изолейцина.
«Предложенная технология предлагает более эффективный, экономичный и экологически чистый метод по сравнению с существующими процессами химического синтеза или экстракции», — заявил профессор Ло.
Команда изучает способы масштабирования производства, стремясь вывести эту технологию на уровень коммерческой жизнеспособности.
«Химический синтез жасмонатов обычно имеет низкий выход и может быть трудоёмким, а их экстракция — дорогостоящей или экологически опасной. Теперь же сообщается о de novo биосинтезе жасмоновой кислоты и её производных, метилжасмоната и жасмоноил-изолейцина, с использованием генетически модифицированных пекарских дрожжей», — отметил Томас Уэст, редактор журнала.