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Jan 01, 2024

Un estudio descifra la vía biosintética del antidepresivo orcinol glucósido

Los científicos también diseñaron la producción de glucósido de orcinol en el

Los científicos también diseñaron la producción de glucósido de orcinol en la levadura biotecnológica.

Las propiedades antidepresivas del glucósido de orcinol (OG) están bien establecidas. Está principalmente presente en el rizoma de Curculigo orchioides Gaertn, también conocido como Xianmao en chino. Según el testimonio, OG tiene una variedad de efectos farmacológicos. Según algunas investigaciones, el ingrediente principal de C. orchoides con actividad antidepresiva puede ser OG.

Sin embargo, debido a la ineficacia de la extracción de plantas y la síntesis química difícil y costosa, la aplicabilidad comercial de OG permaneció restringida.

La orcinol sintasa (ORS) altamente activa y la glicosiltransferasa dependiente de UDP (UGT) involucradas en la producción de OG se descubrieron en este estudio utilizando una tubería de detección eficaz. Utilizando la secuenciación del transcriptoma, el análisis computacional y la validación funcional in vitro de C. orchioides, los investigadores pudieron identificar la vía.

La biosíntesis de OG es catalizada en primer lugar por ORS, que es una policétido sintasa de tipo III (PKS), mediante la condensación de 1 molécula de acetil-CoA y 3 moléculas de malonil-CoA para generar orcinol, que posteriormente se modifica con UGT en el carbono. -3 o grupo hidroxi de carbono-5 para generar OG.

Los científicos emplearon análisis metabólicos y transcriptómicos comparativos para explorar los genes funcionales que codifican la SRO y la UGT en C. orchioides. Evaluaron las distribuciones de OG y su precursor orcinol en las raíces y hojas de C. orchioides. Los resultados mostraron que el OG estaba principalmente enriquecido en las raíces, con una abundancia casi 3 veces mayor que en las hojas. Al mismo tiempo, el contenido total de OG y orcinol en raíces también fue mayor que en hojas.

Los científicos también pudieron identificar 5 candidatos a SRO de otras especies basándose en la similitud de las secuencias. Todos los genes candidatos de SRO se caracterizaron mediante ensayos de actividad enzimática in vitro con acetil-CoA y malonil-CoA como sustratos.

La UGT responsable de la formación de OG en C. orchioides sigue siendo desconocida. Al integrar la secuenciación del transcriptoma, el acoplamiento molecular restringido y la caracterización funcional, construimos una tubería para reducir los genes candidatos que codifican UGT. Las restricciones de la expresión génica y la unión al sustrato eliminaron rápidamente a más del 90 % de los posibles candidatos.

A continuación, se llevó a cabo la laboriosa validación funcional de las UGT candidatas en solo 6 genes, lo que evitó las tediosas pruebas experimentales. Este proceso ofrece una forma de descubrir nuevas glicosiltransferasas y otros genes funcionales en las rutas biosintéticas de los productos vegetales naturales, que también se ha aplicado para construir la base de datos completa de UGT de plantas pUGTdb.

Para mejorar la producción microbiana de OG, los científicos consideraron principalmente las células huésped, la ingeniería metabólica, el medio y las condiciones de fermentación. El microorganismo industrial emergente Y. lipolytica está naturalmente dotado de altos flujos de carbono hacia acetil-CoA y malonil-CoA. Por ejemplo, la sobreexpresión de los genes endógenos YlPEX10 e YlACC1, que se habían utilizado para mejorar el suministro de acetil-CoA y malonil-CoA, no mejoró la producción de OG, lo que indica que el suministro de precursores no era el factor limitante.

De hecho, la sobreexpresión de genes aguas abajo (CorcORS1 y CorcUGT31) en la ruta biosintética de OG mejoró significativamente la producción de OG. Al mismo tiempo, descubrimos que elegir un medio de fermentación adecuado determinaba en gran medida la productividad y era fundamental para reducir la síntesis de subproductos.

Después de una optimización adicional de las condiciones de fermentación por lotes alimentados, la productividad de OG en la cepa modificada YL-G12 mejoró aproximadamente 100 veces en comparación con la cepa inicial YL-G1.

Al mejorar la vía descendente, la ingeniería metabólica y la optimización de la fermentación, la producción de OG en Yarrowia lipolytica se mejoró 100 veces, lo que resultó en un rendimiento final de 43,46 g/L (0,84 g/g DCW), que es casi 6400 veces mayor que el rendimiento de extracción de las raíces de C. orchioides.

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