La levadura Saccharomyces cerevisiae era parte de la civilización humana antes de que se registrara la historia. Es esencial para hacer pan, cerveza y vino, y es omnipresente. Sin embargo, no es típica de las más de 1.500 especies de levadura que se encuentran alrededor delmundo. Las levaduras son físicamente difíciles de distinguir, y es fácil pensar que son todas iguales. Metabólica, genética y bioquímicamente, sin embargo, las levaduras son muy diversas. Características como sus paredes celulares gruesas y la tolerancia a los cambios de presión que podrían romper otroslas células significan que las levaduras se pueden ampliar fácilmente para procesos industriales. Además, son fáciles de cultivar y modificar y no están asociadas con muchas enfermedades humanas. Si bien estas capacidades se pueden utilizar para una amplia gama de aplicaciones biotecnológicas, incluida la producción de biocombustibles, hasta ahorala industria solo ha aprovechado una fracción de la diversidad disponible entre las especies de levadura.
Para ayudar a impulsar el uso de una gama más amplia de levaduras y explorar el uso de genes y vías codificadas en sus genomas, un equipo dirigido por investigadores del Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía de EE. UU. DOE JGI, una Oficina del DOE deScience User Facility en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, realizó un análisis genómico comparativo de 29 levaduras, incluidas 16 cuyos genomas se secuenciaron y anotaron recientemente. En el estudio publicado el 15 de agosto de 2016 en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS, el equipo mapeó varias rutas metabólicas a los perfiles de crecimiento de levadura.
"Obtener un genoma completo de un microbio que es industrialmente importante estimula en gran medida la investigación en el área", dijo el autor principal Tom Jeffries, Profesor Emérito de la Universidad de Wisconsin, Madison, del trabajo. "Esto es particularmente cierto cuando la secuencia genómicaestá acompañado por una anotación de alta calidad de los genes, y la tubería de anotación JGI es una de las mejores en el campo. Podemos esperar un interés explosivo en la biología de la levadura en los próximos años ".
Diversidad genética de levadura más amplia de lo esperado
Las levaduras que pertenecen al "reino" de los hongos pueden usar una amplia gama de fuentes de carbono y energía, que van desde azúcares celulósicos 6 carbonos y hemicelulósicos 5 carbonos hasta metanol, glicerol y ácido acético.Los productos incluyen etanol y otros alcoholes, ésteres, ácidos orgánicos, carotenoides, lípidos y vitaminas. De hecho, los complejos vitamínicos y algunos suplementos nutricionales se derivan de las levaduras.
"Secuenciamos estos genomas diversos para expandir el catálogo de genes, enzimas y vías codificadas en estos genomas para producir biocombustibles y productos de base biológica que usamos en la vida diaria", dijo Igor Grigoriev, director y co-senior del programa de hongos JGIautor del manuscrito.
La secuenciación de estas levaduras menos conocidas y la caracterización de sus vías metabólicas, agregó el primer autor del estudio Robert Riley, del DOE JGI, ayuda a llenar los vacíos de conocimiento sobre las enzimas fúngicas que pueden ayudar a convertir una amplia gama de azúcares en biocombustible.La levadura S. cerevisiae, por ejemplo, fermenta glucosa, pero no los otros azúcares que se encuentran en los biopolímeros de plantas.
Una de las levaduras recién secuenciadas es Pachysolus tannophilus, que puede fermentar la xilosa, también conocida como azúcar de madera, ya que se deriva de la hemicelulosa, que junto con la celulosa, es uno de los principales componentes de la biomasa leñosa.a fermentadores de xilosa bien estudiados como Estipitis de Scheffersomyces - otra levadura secuenciada por el DOE JGI.
Estas distancias son enormes. "Podríamos pensar en las levaduras como simples criaturas unicelulares, similares entre sí, pero en realidad su diversidad genética es como la diferencia entre el chorro de mar humano e invertebrado", dijo Riley. "Secuenciamos estos genomas diversos".para descubrir y facilitar la próxima generación de levaduras de caballo de batalla biotecnológicas para producir los combustibles y productos que usamos en la vida diaria. También descubrimos un cambio en el código genético que, si no se entiende, impedirá el uso biotecnológico de las levaduras ".
reasignación de código genético
En P. tannophilus, el equipo encontró un cambio en uno de los codones de tres letras que representan uno de los 20 aminoácidos utilizados regularmente. Ese cambio de CUG-Ser a CUG-Ala es solo el segundo caso observado de un no-asignación de reasignación de codones un cambio de un aminoácido a otro, en lugar de un aminoácido a un codón de parada en los genomas nucleares. "Si bien no sabemos por qué y cómo sucedió esto", dijo Grigoriev. "Genes con CUGlos codones pueden no producir proteínas funcionales cuando se expresan en un organismo con un código genético diferente, ya que codificarán un aminoácido diferente ".
"La reasignación de CUG-Ala es importante para la biotecnología porque para expresar nuevos genes biotecnológicamente útiles de diversas levaduras en caballos de batalla como Saccharomyces, necesitamos saber si los códigos genéticos de las levaduras son los mismos", dijo Riley. "no, expresar los nuevos genes no funcionará porque las proteínas se traducirán incorrectamente "
"Con el advenimiento de nuevas herramientas genéticas que pueden manipular rápidamente el ADN de un organismo, la publicación de estas nuevas secuencias de levadura genómica abrirá muchas plataformas nuevas para bioingeniería de levaduras degradantes de celulosa, productoras de lípidos, tolerantes a ácidos que utilizan una amplia gama de sustratos yproducen muchos metabolitos primarios y secundarios diferentes ", dijo Jeffries." La comunidad científica de la levadura debe muchísimas gracias al equipo de secuenciación y anotación en JGI ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Instituto Conjunto del Genoma . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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