blog

Jan 01, 2024

Estudo decifra a via biossintética do antidepressivo orcinol glicosídeo

Os cientistas também projetaram a produção de orcinol glucosídeo no

Os cientistas também projetaram a produção de orcinol glucosídeo na levedura biotecnológica.

As propriedades antidepressivas do orcinol glicosídeo (OG) estão bem estabelecidas. Está presente principalmente no rizoma do Curculigo orchioides Gaertn, também conhecido como Xianmao em chinês. Segundo o testemunho, OG tem uma variedade de efeitos farmacológicos. De acordo com algumas pesquisas, o principal ingrediente do C. orchoides com atividade antidepressiva pode ser o OG.

No entanto, devido à extração vegetal ineficaz e à síntese química difícil e cara, a aplicabilidade comercial do OG permaneceu restrita.

A orcinol sintase altamente ativa (ORS) e a glicosiltransferase dependente de UDP (UGT) envolvidas na produção de OG foram descobertas neste estudo usando um pipeline de triagem eficaz. Usando o sequenciamento do transcriptoma de C. orchioides, análise computacional e validação funcional in vitro, os pesquisadores puderam identificar o caminho.

A biossíntese de OG é primeiramente catalisada por ORS, que é uma policetídeo sintase tipo III (PKS), via condensação de 1 molécula de acetil-CoA e 3 moléculas de malonil-CoA para gerar orcinol, que é posteriormente modificado com UGT no carbono -3 ou grupo hidroxi do carbono-5 para gerar OG.

Os cientistas empregaram análises metabólicas e comparativas de transcriptoma para explorar os genes funcionais que codificam ORS e UGT em C. orchioides. Eles avaliaram as distribuições de OG e seu precursor orcinol nas raízes e folhas de C. orchioides. Os resultados mostraram que OG foi enriquecido principalmente nas raízes, com abundância quase 3 vezes maior do que nas folhas. Ao mesmo tempo, o teor total de OG e orcinol nas raízes também foi maior do que nas folhas.

Os cientistas também puderam identificar 5 candidatos a ORS de outras espécies com base na similaridade das sequências. Todos os genes candidatos a ORS foram caracterizados usando ensaios de atividade enzimática in vitro com acetil-CoA e malonil-CoA como substratos.

A UGT responsável pela formação de OG em C. orchioides permanece desconhecida. Ao integrar o sequenciamento do transcriptoma, o encaixe molecular restrito e a caracterização funcional, construímos um pipeline para restringir os genes candidatos que codificam UGTs. As restrições de expressão gênica e ligação ao substrato eliminaram rapidamente mais de 90% dos potenciais candidatos.

A validação funcional de trabalho intensivo de UGTs candidatos foi então conduzida em apenas 6 genes, evitando testes experimentais tediosos. Este processo oferece uma maneira de descobrir novas glicosiltransferases e outros genes funcionais nas vias biossintéticas de produtos vegetais naturais, que também foi aplicado para construir o banco de dados abrangente de UGT de plantas pUGTdb.

Para melhorar a produção microbiana de OG, os cientistas consideraram principalmente células hospedeiras, engenharia metabólica, meio e condições de fermentação. O microrganismo industrial emergente Y. lipolytica é naturalmente dotado de altos fluxos de carbono para acetil-CoA e malonil-CoA. Por exemplo, a superexpressão dos genes endógenos YlPEX10 e YlACC1, que foram usados ​​para melhorar o fornecimento de acetil-CoA e malonil-CoA, não melhorou a produção de OG, indicando que o fornecimento do precursor não foi o fator limitante.

De fato, a superexpressão de genes downstream (CorcORS1 e CorcUGT31) na via biossintética de OG melhorou significativamente a produção de OG. Ao mesmo tempo, descobrimos que a escolha de um meio de fermentação adequado determinava em grande parte a produtividade e era fundamental para reduzir a síntese de subprodutos.

Após otimização adicional das condições de fermentação descontínua alimentada, a produtividade de OG na cepa engenheirada YL-G12 foi melhorada aproximadamente 100 vezes em comparação com a cepa inicial YL-G1.

Ao melhorar a via a jusante, a engenharia metabólica e a otimização da fermentação, a produção de OG em Yarrowia lipolytica foi melhorada 100 vezes, resultando em um rendimento final de 43,46 g/L (0,84 g/g DCW), que é quase 6.400 vezes maior que o rendimento da extração das raízes de C. orchioides.