Los investigadores han desarrollado una tríada de herramientas innovadoras para diseñar levaduras con baja tolerancia al pH Issatchenkia orientalis para la producción de bioproductos valiosos a partir de biomasa renovable.
Un artículo publicado en Ingeniería metabólica describe el enfoque triple del estudio y su importancia para el campo de la producción química sostenible.
El equipo fue dirigido por Mingfeng Cao, científico investigador de la Universidad de Illinois en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular ChBE de Urbana-Champaign. Cao trabaja en el laboratorio del profesor Huimin Zhao de ChBE en el Centro de Innovación Avanzada en Bioenergía e Bioproductos CABBI, un Centro de Investigación de Bioenergía BRC financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. El investigador postdoctoral de CABBI Zia Fatma, también en el laboratorio de Zhao, es coautor del estudio.
En un esfuerzo por disminuir la dependencia de los combustibles fósiles no renovables, los científicos están explorando métodos para producir productos valiosos a partir de biomasa renovable utilizando organismos como la levadura. Generar cantidades económicamente competitivas de estos productos implica ingeniería metabólica: editar el modelo genético de las células para producir máscantidades de sustancias deseadas.
Los científicos diseñaron previamente la levadura convencional Saccharomyces cerevisiae de esta manera. Un host de producción de uso común S. cerevisiae la conductividad de la manipulación genética lo convierte en un candidato principal para la ingeniería metabólica.
"Además de las levaduras convencionales, estamos descubriendo que las levaduras no convencionales pueden demostrar ser de alto rendimiento", dijo Cao. "Cuantos más organismos podamos diseñar para la producción de compuestos valiosos, más oportunidades tendremos en ordenhacer que la producción química sea económica y ambientalmente sostenible "
El estudio de Cao y Zhao se centra en la cepa de levadura I. orientalis , notable por su capacidad de prosperar en entornos de pH bajo. Los científicos creen que esta tolerancia para posiciones de acidez extrema I. orientalis como un productor robusto de ácido orgánico.
Hasta ahora, la viabilidad de I. orientalis para la producción química ha permanecido menos explorada debido a la escasez de estrategias de manipulación genética. Los científicos de CABBI remediaron esta brecha de conocimiento inventando tres herramientas clave.
Anteriormente, el equipo de investigación había identificado una herramienta genética que involucra plásmidos, moléculas de ADN necesarias para la manipulación y reproducción genética. Para editar el genoma de un organismo, los plásmidos deben ser capaces de replicarse de manera estable. El equipo demostró que una secuencia de ADN ARS se replica de forma autónomade Saccharomyces cerevisiae puede usarse para estabilizar la replicación de plásmidos I. orientalis , pero solo hasta cierto punto; por sí solo, la adición es insuficiente.
Lograr estabilidad y hacer I. orientalis receptivo a los sistemas de edición de genes CRISPR / CAS9 requiere que el ARS se aumente con un centrómero funcional CEN, la porción de una secuencia de ADN responsable de estabilizar la división celular. La primera herramienta genética nueva identificada en este estudio es una secuencia CEN funcionalen el I. orientalis genoma. Debido a que un emparejamiento CEN-ARS es necesario para la división estable de plásmidos, este descubrimiento facilita la ingeniería genética de I. orientalis para producción compuesta de alto valor y gran cantidad.
Además de aislar una secuencia CEN I. orientalis , el equipo de investigación identificó promotores y terminadores constitutivos componentes de una cadena de ADN que influyen en la forma en que se expresan los genes.
La expresión genética finamente ajustada, que resulta directamente del comportamiento del terminador y del promotor, es clave para optimizar un organismo para la producción química. Al caracterizar los terminadores y promotores fuertes en I. orientalis , los investigadores pueden diseñar las expresiones particulares necesarias para producir productos químicos a niveles altos.
La tercera herramienta que los investigadores de CABBI desarrollaron es un método de ensamblaje de ADN in vivo rápido que significa "dentro de un organismo vivo" para construir una vía bioquímica I. orientalis .
para procesos en I. orientalis para ser de alto rendimiento y económicamente viables, las vías celulares, cadenas de acciones y reacciones dentro de una célula que causan un producto o respuesta deseados, a menudo deben diseñarse.
Tomando una ruta de utilización de xilosa originalmente diseñada para S. cerevisiae como ejemplo, el equipo de investigación utilizó un método de ensamblaje de ADN in vivo para introducir una de estas vías sintéticas I. orientalis . Como resultado, I. orientalis podría usar xilosa como única fuente de carbono.
Aunque no está completamente optimizado, este ejemplo demostró que se puede adoptar un método de ensamblaje in vivo más sofisticado para la construcción eficiente de vías biosintéticas confiables dentro I. orientalis , en última instancia, hacia una valiosa producción de compuestos.
En conclusión, este estudio generó un conjunto robusto de tres herramientas genéticas novedosas para facilitar una mayor expresión de genes objetivo y ayudar en la fabricación de bioproductos como los ácidos orgánicos de la levadura I. orientalis .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en el Urbana-Champaign Institute for Sustainability, Energy, and Environment . Original escrito por Jenna Kurtzweil. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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