Новый биосенсор для эффективного производства в микробных клеточных фабриках
Исследовательская группа KAIST представила новый биосенсор для создания разнообразных и высокопродуктивных микробных клеточных фабрик. Он отслеживает концентрацию целевых продуктов и даже промежуточных соединений при разработке новых штаммов. Эта стратегия предлагает новую платформу для производства разнообразных натуральных продуктов из возобновляемых ресурсов. Команда уже создала четыре фармацевтически важных природных соединения с её помощью.
Проблема и решение
Малонил-КоА — ключевой строительный блок для многих ценных химических веществ, включая природные продукты с фармацевтической значимостью. Однако из-за его низкой доступности в бактериях многие такие продукты получают химическим синтезом или экстракцией из природных ресурсов, что наносит вред окружающей среде и неустойчиво. Для устойчивого биологического производства необходим рост внутриклеточного пула малонил-КоА. Для этого требовался надежный и эффективный биосенсор для мониторинга его концентрации при создании новых штаммов.
Разработка биосенсора
Исследователи из KAIST решили эту проблему, разработав простой и надежный биосенсор на основе поликетидсинтазы типа III (RppA). Этот фермент продуцирует флавиолин — колориметрический индикатор наличия малонил-КоА. Затем биосенсор RppA использовали для быстрого и эффективного колориметрического скрининга мишеней генетических манипуляций, повышающих уровень малонил-КоА.
Скрининг и применение
Для скрининга использовали библиотеку синтетических малых регуляторных РНК (sRNA), нацеленных на 1858 генов E. coli, покрывающих все основные метаболические пути. Колориметрический скрининг выявил 14 генов-мишеней, подавление экспрессии которых значительно увеличивало продукцию четырех природных соединений: 6-метилсалициловой кислоты, алоэзона, ресвератрола и нарингенина.
Широкое применение
Хотя основные эксперименты проведены на E. coli, биосенсор также функционален в промышленно важных бактериях Pseudomonas putida (грамотрицательная) и Corynebacterium glutamicum (грамположительная). Это позволяет использовать одностадийный процесс.
Результаты
- Высокопродуктивные штаммы были созданы быстро и легко с помощью простого колориметрического скрининга.
- Достигнут рекордный для E. coli титр 6-метилсалициловой кислоты (антибиотик).
- Впервые осуществлено микробное производство алоэзона (предшественник алоэзина — противовоспалительного и отбеливающего агента).
Перспективы
По словам руководителя исследования, выдающегося профессора Сан Юп Ли, этот биосенсор, применимый к широкому кругу промышленно важных бактерий, ускорит разработку штаммов для производства ценных химических веществ в промышленных масштабах для фармацевтической, химической, косметической и пищевой отраслей.