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



Pdf көрінісі
бет8/15
Дата17.01.2023
өлшемі0.69 Mb.
#61672
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   15
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].


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   15




©emirsaba.org 2023
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет