Увеличение продолжительности жизни дрожжей повысило выход ценных соединений

Клетки Saccharomyces cerevisiae под дифференциально-интерференционно-контрастным микроскопом. Автор: Public Domain

Метаболическая инженерия позволила создать эффективные микробные клеточные фабрики, однако клеточное старение и накопление токсичных метаболитов во время продолжительного ферментационного процесса вызывают метаболический стресс, что в конечном итоге снижает продуктивность клеток. Увеличение клеточной продолжительности жизни представляет собой эффективную стратегию для повышения биосинтетической способности.

В исследовании, опубликованном в журнале PNAS, команда под руководством профессора Чжоу Юнцзиня из Даляньского института химической физики Китайской академии наук продемонстрировала, что комбинирование стратегий инженерии продолжительности жизни с оптимизацией метаболических путей в Saccharomyces cerevisiae позволяет достичь высокоэффективного биосинтеза скларэола, что знаменует прогресс в улучшении микробного производства через инженерию долголетия.

Скларэол — это ценный дитерпеновый спирт, извлекаемый из шалфея мускатного. Он широко используется в фармацевтике и агрохимии. Исследователи системно модифицировали клеточную продолжительность жизни по четырём направлениям: восприятие питательных веществ, митофагия, стабильность белков и стабильность генома.

Используя штамм с высоким выходом скларэола, они обнаружили, что одновременное ослабление восприятия питательных веществ и усиление митофагии вместе с оптимизацией метаболических путей привело к производству скларэола в объёме 25,9 г/л.

Омиксный анализ показал, что ослабление восприятия питательных веществ и усиление митофагии улучшили центральный метаболизм и клеточную стабильность за счёт увеличения хронологической продолжительности жизни и регуляции экспрессии метаболических генов, тем самым повысив синтез продукта в Saccharomyces cerevisiae на поздних стадиях роста клеток.

Кроме того, исследователи обнаружили, что эти стратегии инженерии продолжительности жизни улучшили биосинтез других продуктов, таких как сесквитерпены и фенольные кислоты, что предоставляет универсальный подход для разработки высокопроизводительных микробных клеточных фабрик.

«Наша работа не только устанавливает чёткую связь между хронологической продолжительностью жизни и биосинтетической способностью для улучшения производства скларэола, но и предлагает выполнимую стратегию инженерии долголетия, которая может быть применена к различным микробным клеточным фабрикам для устойчивого и экономичного биопроизводства», — заявил профессор Чжоу.

Больше информации: Zulin Wu et al, Engineering chronological lifespan toward a robust yeast cell factory, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2515324122. www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2515324122

Источник: Chinese Academy of Sciences