Новый метод позиционирования белков повышает функциональность дрожжевых клеток

Исследователи из Университета Кобе разработали метод искусственного контроля положения заякоривания целевых белков в клетках пекарских дрожжей (Saccharomyces cerevisiae).

Группа под руководством профессоров HASUNUMA Tomohisa и KONDO Akihiko продемонстрировала, что эта техника позволяет увеличить количество этанола, производимого из гидротермально обработанной рисовой соломы, на 30%. Ожидается, что результаты внесут вклад в улучшение функциональности дрожжей в технологии клеточной поверхностной инженерии, которая применяется в био-производстве и медицине.

Исследование опубликовано в журнале Metabolic Engineering 9 ноября 2019 года.

Суть метода

Клеточная поверхностная инженерия позволяет иммобилизовать целевой белок на клеточной стенке дрожжей, присоединив его к «якорному домену» — части белка клеточной стенки дрожжей.

Ранее было обнаружено, что эффективность демонстрации белка на поверхности сильно зависит от выбранного якорного домена. Учёные выдвинули гипотезу, что смена домена влияет не только на эффективность, но и на позицию заякоривания белка в клеточной стенке.

Эксперимент и результаты

В качестве целевого белка использовали усиленный зелёный флуоресцентный белок (eGFP). С помощью конфокальной флуоресцентной и иммуноэлектронной микроскопии сравнили два часто используемых якорных домена:

• Sed1-якорь — eGFP располагался преимущественно на внешнем слое клеточной стенки.
• Sag1-якорь — eGFP располагался внутри клеточной стенки.

Это подтвердило, что, меняя якорный домен, можно искусственно управлять положением белка.

Практическое применение

Метод проверили на задаче повышения выхода этанола из рисовой соломы. На поверхность дрожжей вывели два фермента для расщепления целлюлозы:

• Эндоглюканазу (EG) — расщепляет крупные молекулы целлюлозы.
• β-глюкозидазу (BGL) — расщепляет олигосахариды до глюкозы.

С помощью якорных доменов ферменты расположили оптимально:

• EG — на внешнем слое (якорь Sed1), чтобы первой контактировать с сырьём.
• BGL — внутри клеточной стенки (якорь Sag1), для работы с продуктами расщепления от EG.

Такое эффективное позиционирование привело к увеличению выхода этанола на 30%.

Значение исследования

Ранее стратегии улучшения клеточной инженерии фокусировались на увеличении количества заякоренных белков. Данное исследование показывает, что ключевую роль играет контроль их расположения.

Эта стратегия может применяться и в других областях. Например, в медицине размещение антител на внешнем слое клеточной стенки улучшит их доступность для крупных антигенов. Метод открывает новые возможности для повышения функциональности дрожжей в различных биотехнологических приложениях.