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Jan 01, 2024

Une étude décrypte la voie de biosynthèse de l'antidépresseur orcinol glucoside

Les scientifiques ont également conçu la production de glucoside d'orcinol dans le

Les scientifiques ont également conçu la production de glucoside d'orcinol dans la levure biotechnologique.

Les propriétés antidépressives de l'orcinol glucoside (OG) sont bien établies. Il est principalement présent dans le rhizome de Curculigo orchioides Gaertn, également connu sous le nom de Xianmao en chinois. Selon les témoignages, OG a une variété d'effets pharmacologiques. Selon quelques recherches, l'ingrédient principal de C. orchoides ayant une activité antidépressive pourrait être OG.

Cependant, en raison de l'extraction inefficace des plantes et de la synthèse chimique difficile et coûteuse, l'applicabilité commerciale des OG est restée limitée.

L'orcinol synthase (ORS) hautement active et la glycosyltransférase dépendante de l'UDP (UGT) impliquées dans la production d'OG ont été découvertes dans cette étude à l'aide d'un pipeline de criblage efficace. En utilisant le séquençage du transcriptome de C. orchioides, l'analyse informatique et la validation fonctionnelle in vitro, les chercheurs ont pu identifier la voie.

La biosynthèse de l'OG est d'abord catalysée par l'ORS, qui est une polykétide synthase (PKS) de type III, via la condensation d'une molécule d'acétyl-CoA et de 3 molécules de malonyl-CoA pour générer de l'orcinol, qui est ensuite modifié par de l'UGT au niveau du carbone. -3 ou groupe hydroxy carbone-5 pour générer OG.

Les scientifiques ont utilisé des analyses métaboliques et comparatives du transcriptome pour explorer les gènes fonctionnels codant pour l'ORS et l'UGT chez C. orchioides. Ils ont évalué les distributions d'OG et de son précurseur, l'orcinol, dans les racines et les feuilles de C. orchioides. Les résultats ont montré que l'OG était principalement enrichi dans les racines, avec une abondance presque 3 fois plus importante que dans les feuilles. Dans le même temps, la teneur totale en OG et en orcinol dans les racines était également plus élevée que dans les feuilles.

Les scientifiques ont également pu identifier 5 candidats SRO d'autres espèces sur la base de la similarité des séquences. Tous les gènes candidats ORS ont été caractérisés à l'aide de tests d'activité enzymatique in vitro avec l'acétyl-CoA et le malonyl-CoA comme substrats.

L'UGT responsable de la formation d'OG chez C. orchioides reste inconnue. En intégrant le séquençage du transcriptome, l'amarrage moléculaire contraint et la caractérisation fonctionnelle, nous avons construit un pipeline pour affiner les gènes candidats codant pour les UGT. Les restrictions de l'expression des gènes et de la liaison au substrat ont rapidement éliminé plus de 90 % des candidats potentiels.

La validation fonctionnelle à forte intensité de main-d'œuvre des UGT candidats a ensuite été menée sur seulement 6 gènes, évitant des tests expérimentaux fastidieux. Ce processus offre un moyen de découvrir de nouvelles glycosyltransférases et d'autres gènes fonctionnels dans les voies de biosynthèse des produits végétaux naturels, qui a également été appliqué pour construire la base de données complète UGT végétale pUGTdb.

Pour améliorer la production microbienne d'OG, les scientifiques ont principalement considéré les cellules hôtes, l'ingénierie métabolique, le milieu et les conditions de fermentation. Le micro-organisme industriel émergent Y. lipolytica est naturellement doté de flux de carbone élevés vers l'acétyl-CoA et le malonyl-CoA. Par exemple, la surexpression des gènes endogènes YlPEX10 et YlACC1, qui avaient été utilisés pour améliorer l'apport d'acétyl-CoA et de malonyl-CoA, n'a pas amélioré la production d'OG, indiquant que l'apport de précurseur n'était pas le facteur limitant.

En effet, la surexpression de gènes en aval (CorcORS1 et CorcUGT31) dans la voie de biosynthèse de l'OG a significativement amélioré la production d'OG. Dans le même temps, nous avons constaté que le choix d'un milieu de fermentation approprié déterminait largement la productivité et était essentiel pour réduire la synthèse des sous-produits.

Après une optimisation supplémentaire des conditions de fermentation fed-batch, la productivité de OG dans la souche modifiée YL-G12 a été améliorée d'environ 100 fois par rapport à la souche de départ YL-G1.

En améliorant la voie en aval, l'ingénierie métabolique et l'optimisation de la fermentation, la production d'OG dans Yarrowia lipolytica a été multipliée par 100, ce qui a donné un rendement final de 43,46 g/L (0,84 g/g DCW), soit près de 6 400 fois plus élevé. que le rendement d'extraction des racines de C. orchioides.

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