Метаболическое моделирование раскрывает разнообразие дрожжей для промышленной биотехнологии

Создание и анализ качества пангенома S. cerevisiae. Автор: bioRxiv: DOI: 10.1101/2024.06.14.598782

Пивные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) являются краеугольным камнем промышленной биотехнологии. Их исключительная адаптивность к разнообразным природным и промышленным условиям привела к появлению множества штаммов, каждый из которых обладает уникальными генетическими и метаболическими характеристиками.

Однако большинство исследований Saccharomyces cerevisiae и их применений по-прежнему опираются на несколько лабораторных штаммов, таких как S288c и CEN.PK, что ограничивает поиск оптимальных штаммов для разработки высокопроизводительных клеточных фабрик.

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, группа исследователей под руководством профессора Чжоу Юнцзиня из Даляньского института химической физики Китайской академии наук и доцента Лу Хунчжуна из Шанхайского университета Цзяо Тун разработала мощный метод системной биологии для решения этой проблемы. Они выяснили, как дрожжи адаптируются к различным условиям на системном уровне, с помощью штаммоспецифического метаболического моделирования.

Исследователи создали высококачественный цифровой ресурс пангенома дрожжей и построили метаболические модели, адаптированные для отдельных штаммов. Затем они разработали новый аналитический конвейер, который интегрирует геномные данные, метаболические модели и мультиомную информацию, и использовали его для систематической оценки различных штаммов.

В качестве доказательства концепции исследователи применили этот конвейер к промышленным штаммам, производящим этанол. Они выявили, что усиление нисходящих путей гликолиза является ключом к эффективному синтезу этанола на генетическом, транскрипционном и метаболическом уровнях. Это открытие дает представление о рациональном проектировании дрожжевых клеточных фабрик для этанола и его производных.

«Наша работа не только предоставляет всеобъемлющий цифровой ресурс дрожжевых штаммов для академических и промышленных кругов, но и новые методы для оценки и выбора оптимальных штаммов-«шасси» для применений в биопроизводстве», — сказал профессор Чжоу.

Больше информации: Haoyu Wang et al, Yeast adapts to diverse ecological niches driven by genomics and metabolic reprogramming, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2502044122. На bioRxiv: DOI: 10.1101/2024.06.14.598782

Источник: Chinese Academy of Sciences