Ученые улучшили производство ценных растительных соединений в дрожжах

Saccharomyces cerevisiae, изображение СЭМ. Автор: Mogana Das Murtey и Patchamuthu Ramasamy/CC BY-SA 3.0

Команда исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружила новый способ повышения эффективности дрожжевых клеток как «фабрик» по производству ценных растительных соединений. Это достижение может позволить устойчивое производство химических веществ растительного происхождения, которые помогают растениям защищаться от болезней, отпугивать вредителей, привлекать опылителей и противостоять таким экологическим стрессам, как засуха и жара.

Новое исследование, опубликованное в Science Advances, сосредоточено на улучшении работы растительных ферментов, известных как цитохромы P450, в дрожжевых клетках. Эти ферменты играют ключевую роль в метаболических путях, производящих большинство этих соединений.

Изучая растительный мембранный белок AtMSBP1, команда обнаружила механизм, который помогает дрожжевым клеткам лучше поддерживать работу растительных ферментов цитохрома P450. Эти открытия могут раскрыть потенциал для более эффективного и масштабируемого производства ценных растительных соединений.

Исследователи выяснили, что этот растительный белок-каркас помогает дрожжевым клеткам лучше координировать активность и коммуникацию между различными клеточными компартментами — не только эндоплазматическим ретикулумом, но также митохондриями и вакуолями.

Эта неожиданная межорганелльная координация — включая расширенную трубчатую сеть эндоплазматического ретикулума, увеличенный объем митохондрий и деление вакуолей — создает более динамичную среду, которая поддерживает функцию цитохрома P450, даже при отсутствии самого белка AtMSBP1.

Поскольку большинство растительных метаболических путей зависят от множества цитохромов P450, которые долгое время было трудно воссоздать в дрожжах, это открытие предоставляет новую схему для создания более эффективных микробных производственных систем, отметили исследователи. Например, будущие стратегии могут включать усиление межорганелльных взаимодействий и тонкую настройку внутренней среды клетки — вместо изменения одного клеточного компартмента — для повышения функции растительных ферментов цитохрома P450 в дрожжах.

Исследование возглавили ученые из Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего Янран Ли и Шаньхуэй Сюй.

Дрожжи Saccharomyces cerevisiae являются одной из наиболее изученных модельных организмов в биологии и широко используются не только в производстве пищевых продуктов (хлеб, пиво, вино), но и в биотехнологии для создания лекарств, вакцин и теперь — ценных растительных соединений.