В данном обзоре рассмотрены основные методы создания гетерологических биохимических путей в различных организмах, основные проблемы, воз- никающие при этом, и основные подходы к их ре- шению
Оптимизация процесса культивирования
жүктеу/скачать 0,69 Mb. Pdf көрінісі
|
| Оптимизация процесса культивирования
Если использование биотехнологических методов оказалось неудачным, то к желаемому функциони- рованию гетерологических путей может привести корректировка протоколов культивирования хо- зяина. Подбор методов культивирования – процесс трудоемкий и длительный, но он может значительно улучшить экспрессию генов гетерологического пути [105]. Например, в случае токсичности исходного со- единения полезным может оказаться культивирова- ние с подпиткой – протокол, подразумевающий по- этапное добавление в питательную среду субстрата [56, 106]. Проблемы культивирования организма-хозяина также можно решить регулированием его метабо- лизма. Впечатляющим примером является недавнее создание нового штамма P. pastoris, использующего в качестве источника углерода CO 2 , что переключает гетеротрофный организм на автотрофный тип пита- ния [107]. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Сочетание важности многих вторичных метаболитов с их невысокой продукцией в естественных хозяевах приводит к увеличению значимости развития тех- нологий гетерологической экспрессии. В настоящем обзоре мы проанализировали и суммировали типич- ные ограничивающие факторы, препятствующие ге- терологической экспрессии в модельных организмах, а также предложили основные пути преодоления каждого из них, включающие наиболее передовые мо- лекулярно-биологические инструменты. Поскольку гетерологическая экспрессия метаболических пу- тей это не отдельный метод, а спектр разнообразных подходов, невозможно дать универсальные советы исследователям, впервые сталкивающимся с необ- ходимостью работы в данной области. Тем не менее, множество вдохновляющих примеров эффективной гетерологической экспрессии метаболических путей не оставляют сомнений в перспективах интенсивного развития этой отрасли. Ввиду того, что запрос на гете- рологическую экспрессию сложных метаболических путей повышается, основные инструменты и техно- логии, рассмотренные в данном обзоре, могут стать руководством для исследователей при создании но- вых успешных и продуктивных гетрологических экс- прессионных систем и повысить эффективность при- менения эукариотических хозяев. Работа поддержана грантом Российского научного фонда № 17-14-01169 P и грантом Минобрнауки России НШ-2605.2020.4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Kotlobay A.A., Sarkisyan K.S., Mokrushina Y.A., Marcet- Houben M., Serebrovskaya E.O., Markina N.M., Gonzalez Somermeyer L., Gorokhovatsky A.Y., Vvedensky A., Purtov K.V., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2018. V. 115. № 50. P. 12728–12732. 2. Mitiouchkina T., Mishin A.S., Somermeyer L.G., Markina N.M., Chepurnyh T.V., Guglya E.B., Karataeva T.A., Palkina 38 | ACTA NATURAE | ТОМ 12 № 2 (45) 2020 ОБЗОРЫ K.A., Shakhova E.S., Fakhranurova L.I., et al. // Nat. Biotech- nol. 2020. P. 10.1038/s41587-020-0500–9. 3. Torres N.V., Voit E.O. Pathway analysis and optimization in metabolic engineering. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2002. P. 42–74. 4. Ongley S.E., Bian X., Neilan B.A., M üller R. // Nat. Prod. Rep. 2013. V. 30. № 8. P. 1121–1138. 5. Trantas E., Panopoulos N., Ververidis F. // Metab. Eng. 2009. V. 11. № 6. P. 355–366. 6. Siddiqui M.S., Thodey K., Trenchard I., Smolke C.D. // FEMS Yeast Res. 2012. V. 12. № 2. P. 144–170. 7. Galanie S., Thodey K., Trenchard I.J., Interrante M.F., Smolke C.D. // Science. 2015. V. 349. № 6252. P. 1095–1100. 8. Nakagawa A., Matsumura E., Koyanagi T., Katayama T., Kawano N., Yoshimatsu K., Yamamoto K., Kumagai H., Sato F., Minami H. // Nat. Commun. 2016. V. 7. P. 10390. 9. Weaver L.J., Sousa M.M.L., Wang G., Baidoo E., Petzold C.J., Keasling J.D. // Biotechnol. Bioeng. 2015. V. 112. № 1. P. 111–119. 10. Pe ña D.A., Gasser B., Zanghellini J., Steiger M.G., Mattanov- ich D. // Metab. Eng. 2018. V. 50. P. 2–15. 11. Ye R., Huang M., Lu H., Qian J., Lin W., Chu J., Zhuang Y., Zhang S. // Bioresour. Bioprocess. 2017. V. 4. № 1. P. 22. 12. Chatsurachai S., Furusawa C., Shimizu H. // BMC Bioinfor- matics. 2012. V. 13. № 1. P. 93. 13. Campodonico M.A., Andrews B.A., Asenjo J.A., Palsson B.O., Feist A.M. // Metab. Eng. 2014. V. 25. P. 140–158. 14. Moriya Y., Shigemizu D., Hattori M., Tokimatsu T., Kotera M., Goto S., Kanehisa M. // Nucl. Acids Res. 2010. V. 38. P. W138–W143. 15. Del épine B., Duigou T., Carbonell P., Faulon J.L. // Metab. Eng. 2018. V. 45. P. 158–170. 16. Orth J.D., Thiele I., Palsson B.O. // Nat. Biotechnol. 2010. V. 28. № 3. P. 245–248. 17. Chatsurachai S., Furusawa C., Shimizu H. // J. Biosci. Bioeng. 2013. V. 116. № 4. P. 524–527. 18. Liu F., Vila ça P., Rocha I., Rocha M. // Comput. Methods Programs Biomed. 2015. V. 118. № 2. P. 134–146. 19. Zhang H., Boghigian B.A., Armando J., Pfeifer B.A. // Nat. Prod. Rep. 2011. V. 28. № 1. P. 125–151. 20. Ningyan Z., An Z. Manual of industrial microbiology and biotechnology. 3rd Ed. Washington, DC: American Society of Microbiology, 2014. Р. 145–156. 21. Stevens D.C., Conway K.R., Pearce N., Villegas-Pe ñaranda L.R., Garza A.G., Boddy C.N. // PLoS One. 2013. V. 8. № 5. P. e64858. 22. Lazarus C.M., Williams K., Bailey A.M. // Nat. Prod. Rep. 2014. V. 31. № 10. P. 1339–1347. 23. Alberti F., Foster G.D., Bailey A.M. // Appl. Microbiol. Bio- technol. 2017. V. 101. № 2. P. 493–500. 24. Rodriguez E., Menzella H.G., Gramajo H. // Methods Enzy- mol. 2009. V. 459. № B. P. 339–365. 25. Yang Z., Zhang Z. // Biotechnol. Adv. 2018. V. 36. P. 182–195. 26. Vogl T., Glieder A. // N. Biotechnol. 2013. V. 30. № 4. P. 385– 404. 27. Zahrl R.J., Pe ña D.A., Mattanovich D., Gasser B. // FEMS Yeast Res. 2017. V. 17. № 7. P. fox068. 28. Schreiber C., M üller H., Birrenbach O., Klein M., Heerd D., Weidner T., Salzig D., Czermak P. // Microb. Cell Fact. 2017. V. 16. № 1. P. 29. 29. Vogl T., Ahmad M., Krainer F.W., Schwab H., Glieder A. // Microb. Cell Fact. 2015. V. 14. № 1. P. 103. 30. Hartner F.S., Glieder A. // Microb. Cell Fact. 2006. V. 5. P. 39–59. 31. Madzak C. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2015. V. 99. № 11. P. 4559–4577. 32. Quin M.B., Schmidt-Dannert C. // Curr. Opin. Biotechnol. 2014. V. 29. № 1. P. 55–61. 33. Alberti F., Khairudin K., Venegas E.R., Davies J.A., Hayes P.M., Willis C.L., Bailey A.M., Foster G.D. // Nat. Commun. 2017. V. 8. P. 1831. 34. Yaegashi J., Oakley B.R., Wang C.C.C. // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2014. V. 41. № 2. P. 433–442. 35. Sakai K., Kinoshita H., Shimizu T., Nihira T. // J. Biosci. Bioeng. 2008. V. 106. № 5. P. 466–472. 36. Anyaogu D.C., Mortensen U.H. // Front. Microbiol. 2015. V. 6. P. 77. 37. Jeandet P., Delaunois B., Aziz A., Donnez D., Vasserot Y., Cordelier S., Courot E. // J. Biomed. Biotechnol. 2012. V. 2–3. P. 579089. 38. Ikram N.K.B.K., Zhan X., Pan X.W., King B.C., Simonsen H.T. // Front. Plant Sci. 2015. V. 6. P. 129. 39. Li L., Zhao J., Zhao Y., Lu X., Zhou Z., Zhao C., Xu G. // Sci. Rep. 2016. V. 6. № 1. P. 1–10. 40. Farr é G., Blancquaert D., Capell T., van der Straeten D., Christou P., Zhu C. // Annu. Rev. Plant Biol. 2014. V. 65. № 1. P. 187–223. 41. Lohr M., Schwender J., Polle J.E.W. // Plant Sci. 2012. V. 185–186. P. 9–22. 42. Gnanasekaran T., Vavitsas K., Andersen-Ranberg J., Nielsen A.Z., Olsen C.E., Hamberger B., Jensen P.E. // J. Biol. Eng. 2015. V. 9. P. 24–33. 43. Bock R. // Annu. Rev. Plant Biol. 2015. V. 66. № 1. P. 211–241. 44. Mortimer C.L., Dugdale B., Dale J.L. // Curr. Opin. Biotech- nol. 2015. V. 32. P. 85–92. 45. Cohen S.N. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013. V. 110. № 39. P. 15521–15529. 46. Kado C.I. Plasmids: Biology and impact in biotechnology and discovery. Washington, DC: American Society of Microbiology, 2014. P. 3–11. 47. Lee M.E., DeLoache W.C., Cervantes B., Dueber J.E. // ACS Synth. Biol. 2015. V. 4. № 9. P. 975–986. 48. Wang Y., Pfeifer B.A. // Metab. Eng. 2008. V. 10. № 1. P. 33–38. 49. Fu J., Wenzel S.C., Perlova O., Wang J., Gross F., Tang Z., Yin Y., Stewart A.F., M üller R., Zhang Y. // Nucl. Acids Res. 2008. V. 36. № 17. P. e113. 50. Kapusi E., Kempe K., Rubtsova M., Kumlehn J., Gils M. // PLoS One. 2012. V. 7. № 9. P. e45353. 51. Snoeck N., De Mol M.L., van Herpe D., Goormans A., Maryns I., Coussement P., Peters G., Beauprez J., De Maeseneire S.L., Soetaert W. // Biotechnol. Bioeng. 2019. V. 116. № 2. P. 364–374. 52. Luo Y., Enghiad B., Zhao H. // Nat. Prod. Rep. 2016. V. 33. № 2. P. 174–182. 53. Xu Z., Lee N.C.O., Dafhnis-Calas F., Malla S., Smith M.C.M., Brown W.R.A. // Nucl. Acids Res. 2008. V. 36. № 1. P. e9. 54. Lee N.C.O., Kim J.H., Petrov N.S., Lee H.S., Masumoto H., Earnshaw W.C., Larionov V., Kouprina N. // ACS Synth. Biol. 2018. V. 7. № 1. P. 63–74. 55. Luo Y., Li B.Z., Liu D., Zhang L., Chen Y., Jia B., Zeng B.X., Zhao H., Yuan Y.J. // Chem. Soc. Rev. 2015. V. 44. № 15. P. 5265–5290. 56. Rodrigues J.L., Prather K.L.J., Kluskens L.D., Rodrigues L.R. // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2015. V. 79. № 1. P. 39–60. 57. Winkler J., Reyes L.H., Kao K.C. // Methods Mol. Biol. 2013. V. 985. P. 211–222. 58. Reyes L.H., Kao K.C. // Methods in Molecular Biology. 2018. V. 1671. P. 319–330. 59. Amiri P., Shahpiri A., Asadollahi M.A., Momenbeik F., жүктеу/скачать 0,69 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|