Ученые из Даляньского института химической физики Китайской академии наук под руководством профессора Чжоу Юнцзиня совершили значительный прорыв в области биосинтеза. В сотрудничестве с профессорами Чжан Лэй и Чэнь Ваньшэн из Военно-морского медицинского университета исследователи разработали метод биосинтеза лигнан-гликозида — соединения с противовирусными свойствами — в дрожжах Saccharomyces cerevisiae. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Nature Chemical Biology.
Лигнаны представляют собой низкомолекулярные полифенольные соединения, обладающие важными противоопухолевыми и противовирусными свойствами. Однако традиционные методы получения этих соединений сталкиваются с серьезными ограничениями. Лекарственные растения содержат лигнаны в крайне малых количествах, а сложная структура этих молекул делает их химический синтез чрезвычайно трудным. В результате доступность лигнанов на рынке остается ограниченной, что не позволяет удовлетворить растущий спрос.
Инновационный подход исследователей заключался в создании синтетического консорциума дрожжей, вдохновленного метаболизмом растений. Ученые имитировали пространственную и временную регуляцию биосинтеза, характерную для растений, разработав систему с обязательным мутуализмом между различными штаммами дрожжей. Такой подход позволил осуществить метаболическое разделение труда между штаммами, что значительно снизило количество побочных реакций, вызванных широким спектром субстратов фермента 4-кумарат: КоА-лигазы, и повысило эффективность метаболического потока в направлении целевого продукта.
Технически проект был реализован с использованием двух ауксотрофных штаммов дрожжей: met15Δ и ade2Δ. Эти штаммы сформировали взаимовыгодные отношения, обмениваясь метаболитами и разделяя биосинтетический путь на восходящий и нисходящий сегменты. В результате удалось достичь de novo синтеза ларицирезинол-дигликозида через более чем 40 ферментативных реакций.
Разработанная методология имеет огромное значение для биотехнологии. Исследователи продемонстрировали, что ауксотрофные штаммы Saccharomyces cerevisiae способны образовывать стабильное мутуалистическое сообщество, что открывает возможности для гетерологичного синтеза сложных активных ингредиентов, используемых в традиционной китайской медицине.
Стратегия, предложенная учеными, может быть распространена на проектирование других стабильных кооперативных систем дрожжевых клеток. Это открывает перспективы для решения сложных биоинженерных задач, включая синтез других биологически активных соединений с потенциальным применением в фармацевтике и медицине.
Данное исследование представляет собой важный шаг в направлении устойчивого производства ценных природных соединений с использованием синтетической биологии, что может существенно повлиять на доступность лекарственных препаратов на основе лигнанов в будущем.
Изображение носит иллюстративный характер
Лигнаны представляют собой низкомолекулярные полифенольные соединения, обладающие важными противоопухолевыми и противовирусными свойствами. Однако традиционные методы получения этих соединений сталкиваются с серьезными ограничениями. Лекарственные растения содержат лигнаны в крайне малых количествах, а сложная структура этих молекул делает их химический синтез чрезвычайно трудным. В результате доступность лигнанов на рынке остается ограниченной, что не позволяет удовлетворить растущий спрос.
Инновационный подход исследователей заключался в создании синтетического консорциума дрожжей, вдохновленного метаболизмом растений. Ученые имитировали пространственную и временную регуляцию биосинтеза, характерную для растений, разработав систему с обязательным мутуализмом между различными штаммами дрожжей. Такой подход позволил осуществить метаболическое разделение труда между штаммами, что значительно снизило количество побочных реакций, вызванных широким спектром субстратов фермента 4-кумарат: КоА-лигазы, и повысило эффективность метаболического потока в направлении целевого продукта.
Технически проект был реализован с использованием двух ауксотрофных штаммов дрожжей: met15Δ и ade2Δ. Эти штаммы сформировали взаимовыгодные отношения, обмениваясь метаболитами и разделяя биосинтетический путь на восходящий и нисходящий сегменты. В результате удалось достичь de novo синтеза ларицирезинол-дигликозида через более чем 40 ферментативных реакций.
Разработанная методология имеет огромное значение для биотехнологии. Исследователи продемонстрировали, что ауксотрофные штаммы Saccharomyces cerevisiae способны образовывать стабильное мутуалистическое сообщество, что открывает возможности для гетерологичного синтеза сложных активных ингредиентов, используемых в традиционной китайской медицине.
Стратегия, предложенная учеными, может быть распространена на проектирование других стабильных кооперативных систем дрожжевых клеток. Это открывает перспективы для решения сложных биоинженерных задач, включая синтез других биологически активных соединений с потенциальным применением в фармацевтике и медицине.
Данное исследование представляет собой важный шаг в направлении устойчивого производства ценных природных соединений с использованием синтетической биологии, что может существенно повлиять на доступность лекарственных препаратов на основе лигнанов в будущем.
