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 ГЕТЕРОЛОГИЧЕСКОГО ПУТИ
жүктеу/скачать 0,69 Mb. Pdf көрінісі
|
Лекция №6.1
- Бұл бет үшін навигация:
- Ингибирование продуктом и токсическая нагрузка метаболита
| ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕТЕРОЛОГИЧЕСКОГО ПУТИ
Гетерологическая экспрессия путей биосинтеза при- родных соединений представляет собой многоста- дийный процесс, каждый этап которого сопряжен с трудностями. Накопление этих проблем оказывает большое влияние на уровни экспрессии гетерологи- ческих генов, что приводит к низкой продукции це- левых метаболитов или ее отсутствию. Выявление и устранение узких мест имеют решающее значение для успешной экспрессии гетерологического пути, что, в конечном итоге, приводит к значительному улучшению всего пути. Возможности устранения уз- ких мест зависят от физиологических особенностей организма-хозяина, а также от свойств метаболи- ческого пути [55]. В данном разделе мы рассмотрим наиболее частые проблемы, возникающие при экс- прессии гетерологических путей, и основные способы их разрешения (рис. 3). Ингибирование продуктом и токсическая нагрузка метаболита Одна из распространенных проблем гетерологиче- ской экспрессии – ингибирование ферментативных реакций собственными продуктами, что выражается в снижении активности фермента вплоть до полного блокирования его работы. В случае метаболических путей активность фермента может снижаться на не- скольких стадиях, что приводит к значительному снижению как скорости биосинтеза, так и выхода продукта. Общим решением этой проблемы является замена таких ферментов их более устойчивыми к ин- гибированию мутантными формами или продуктами аллельных генов [56]. Еще одна проблема – токсичность продуктов ге- терологического метаболического пути для клеток- 34 | ACTA NATURAE | ТОМ 12 № 2 (45) 2020 ОБЗОРЫ Рис. 3. Схема- тичное изобра- жение подходов к оптимизации экс- прессии гетеро- логических путей на уровне ДНК, белков, цело- го пути и организ- ма-хозяина. Воз- можные стратегии на уровне манипу- ляций с ДНК вклю- чают в себя вы- бор наилучших комбинаций регу- ляторных после- довательностей, аллельных или му- тантных форм ко- дирующих после- довательностей и оптимального со- става GC и кодо- нов. Инструменты внесения улуч- шений на уров- не белка основаны на создании кар- касов, удержива- ющих ферменты одного пути вме- сте, или на созда- нии белков слияния (с возможностью расщепления сое- динения или без). Оптимизация на уровне цело- го пути подразу- мевает выбор наи- лучших сочетаний ферментов, усиле- ние целевых и по- давление конку- рирующих путей, а также увеличе- ние доступности субстратов и ко- факторов. Нако- нец, улучшения на уровне организ- ма-хозяина вклю- чают редактиро- вание его генома, направленную эво- люцию и подбор оптимальных ус- ловий культивиро- вания CoA NADH NADPH ATP ОБЗОРЫ ТОМ 12 № 2 (45) 2020 | ACTA NATURAE | 35 хозяев [52]. Для снижения метаболической нагрузки на клетки организма-хозяина и повышения выхода желаемых метаболитов можно предпринять неко- торые меры, зависящие от того, какое соединение токсично – промежуточный или конечный продукт. Негативное воздействие промежуточных продуктов можно снизить либо путем ускорения их превра- щения в следующее соединение [56], либо путем на- правленной эволюции штамма-хозяина [57]. В случае токсичности конечного продукта может применять- ся направленная эволюция – постепенное повыше- ние устойчивости хозяина к токсичному метаболи- ту в условиях его постоянной нагрузки [58]. Однако, к сожалению, в некоторых случаях не существует очевидного рецепта решения проблемы снижения метаболической токсичности, тогда единственной возможностью сокращения нагрузки остается сни- жение выхода продукта [59]. жүктеу/скачать 0,69 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|