Élesztő lakoma a xilózon, és gyorsan nő, ha a Regulon asztali d’Hôte

Ha az élesztőt vagy a baktériumokat genetikailag módosítják egy új alapanyag fogyasztására, metabolikus emésztési zavarok alakulhatnak ki. Vagyis ezek a módosított szervezetek olyan tápanyag-anyagcsere útvonalakra juthatnak, amelyek gyengén integrálódnak a tápanyag-asszimiláció és a sejtnövekedés utáni utakhoz.

Ellentétben a természetes organizmusokkal, amelyek katabolikus géneket foglalnak magukba a regulon nevű gének csoportjába, a módosított organizmusok beengedhetik a katabolikus géneket az ilyen regulonokon kívül, ebben az esetben a gének konstitutívan, folyamatosan expresszálódhatnak, tekintet nélkül bármilyen szabályozási eshetőségre. Bizonyos értelemben a természetes szervezeteknek van egy táblázatuk d’h ô te genomic menüjével, míg a módosított szervezeteknél à la carte.

A gépi élesztő jobb gasztronómiai élményének biztosítása érdekében a Tufts Egyetemen dolgozó tudósok tábla d’hôte megközelítést alkalmaztak. Vettek egy szabályozó génkészletet, az úgynevezett galaktóz (GAL) regulont, amely általában feldolgozza a galaktózt - a tápanyagok élesztőmenüjének egyik kedvencét -, és egyes gének helyébe olyanok léptek, amelyek aktiválódnak és irányítják a bomlást. alternatív tápanyag, nevezetesen a xilóz. A GAL regulon összes többi génje változatlan volt. Ezáltal természetesebb kölcsönhatást őriztek meg a táplálkozást és a túlélést irányító gének között. Az új szintetikus regulon, XYL néven, lehetővé tette az élesztősejtek gyorsabb növekedését és nagyobb sejtsűrűséget.

"Ahelyett, hogy anyagcsere-keretrendszert építenénk az alapoktól kezdve, megváltoztathatjuk a meglévő regulonokat, hogy lehetővé tegyük az organizmus számára, hogy egy új tápanyagon boldoguljon" - mondta Nikhil U. Nair, Ph.D., a Tufts vegyész- és biotechnológiai adjunktusa . "A natív regulonok adaptálása lényegesen gyorsabb utat jelenthet az új szintetikus organizmusok ipari alkalmazásokhoz történő megtervezése felé."

Dr. Nair egy új tanulmány („A félszintetikus regulon lehetővé teszi az élesztő gyors növekedését a xilózon”) megfelelő szerzője, amely március 26-án jelent meg a Nature Communications-ben. Ez a tanulmány leírja, hogy a Saccharomyces cerevisiae-ben a GAL-re reagáló szabályozás és anyagcsere részleges és teljes leválasztásával a Tufts-csoport megmutatta a GAL regulon által biztosított jelentős növekedési előnyöket.

„... a GAL regulon különféle szempontjainak adaptálásával egy nem őshonos tápanyagra, a xilózra, felépítünk egy félszintetikus regulont, amely nagyobb növekedési sebességet, jobb tápanyag-fogyasztást és jobb növekedési alkalmasságot mutat a hagyományos és mindenütt jelenlévő konstitutív expressziós stratégiához képest. ”- írták a cikk szerzői. "Ez a munka elegáns paradigmát nyújt a nem őshonos tápanyag-katabolizmus integrálásához a natív, globális sejtes válaszokkal a gyors növekedés támogatása érdekében."

A szintetikus biológiában az olyan szervezetek, mint a baktériumok vagy az élesztő, tápanyagokkal táplálva átalakulhatnak „miniüzemekké”, hogy a gyógyszerekből az ipari vegyi anyagokig és a bioüzemanyagokig sokféle terméket állítsanak elő. Központi kihívást jelentett azonban a bőséges alapanyagok hatékony átalakulása a végtermékké, különösen akkor, ha az alapanyagot nem a baktériumok vagy az élesztő általában „eszi”.

"Ahelyett, hogy az anyagcsere keretrendszerét az alapoktól kezdve kiépítenénk, a meglévő regulonokat megtervezhetjük, hogy lehetővé tegyük egy szervezet számára, hogy egy új tápanyagon boldoguljon" - magyarázta Dr. Nair. "A natív regulonok adaptálása lényegesen gyorsabb utat jelenthet az új szintetikus organizmusok ipari alkalmazásokhoz történő megtervezése felé."

Az egyik ilyen alkalmazás az etanol bioüzemanyagként történő előállítása. Aggodalmak merültek fel azzal kapcsolatban, hogy a növények jelentős részeinek, például a kukoricának a bioüzemanyag-termelésre történő elterelése negatív hatással lehet az élelmiszer-ellátás elérhetőségére és költségeire. A xilóz azonban a növényi anyag egyébként emészthetetlen részeiből származó cukor. A xilóz erjesztésének képessége olyan út vezethet a bioüzemanyagok előállításához, amely nem versenyez az élelmiszer-ellátással.

A vizsgálat részeként Dr. Nair és csapata közelebbről megvizsgálta, hogy mi volt pontosan a xilózt fogyasztó élesztőorganizmus javuló túlélése. Számos olyan gént találtak, amelyek aktiválódtak az XYL regulon által vezérelt élesztőben, és amelyek szabályozták a növekedésben részt vevő utakat, például a sejtfal fenntartását, a sejtek osztódását, a mitokondriális biogenezist és az adenozin-trifoszfát termelést. Azok az élesztő törzsek, amelyek konstitutív (többnyire nem szabályozott) kontrollt gyakoroltak a xilóz anyagcserére, a sejtstresszhez, az éhezéshez és a DNS károsodásához kapcsolódó útvonalakat indítottak el.

"Vizsgálatunk ezt a megközelítést alkalmazta a xilózra, de szélesebb alapelvet javasol - a natív regulonok adaptálását más nem natív cukrok és tápanyagok hatékony asszimilációjához" - állította Dr. Nair. „A természet már elvégezte a gének és az anyagcsere útvonalainak a szervezet környezetébe történő hangolásának munkáját. Használjuk ki, amikor valami újat mutatunk be a menüben. ”