Научный взгляд: биоинженерные дрожжи способны массово синтезировать биопрепараты

Биологические препараты сложно производить в промышленных масштабах. Команда биоинженеров Университета Кобе изменила клеточный механизм одного из видов дрожжей таким образом, что теперь одна клетка может синтезировать действующее вещество препарата в беспрецедентных концентрациях. Результаты исследования показывают путь к микробиологическому производству других соединений растительного происхождения.

Лекарственные средства растительного и животного происхождения обладают множеством полезных для здоровья эффектов, но зачастую их невозможно производить массово. Одним из примеров является артепиллин С, обладающий противомикробным, противовоспалительным, антиоксидантным и противоопухолевым действием, но доступный только в виде продукта из культуры пчел.

Для получения высокопродуктивных и недорогих препаратов необходимо производить их с помощью биоинженерии посредством культивирования микроорганизмов, которые можно выращивать в ферментерах.

Прежде всего, необходимо определить фермент, который использует растение для производства конкретного действующего вещества. Растительный фермент, играющий ключевую роль в производстве артепиллина С, был недавно открыт Язаки Казуфуми из Киотского университета. После чего исследователи Университета Кобе использовали его для производства артепиллина С с помощью микроорганизмов.

Ученые внедрили ген, кодирующий фермент, в дрожжи Komagataella phaffii, которые, по сравнению с пивными дрожжами, лучше производят компоненты для этого класса химических веществ, могут культивироваться при более высокой плотности клеток и не производят спирт, ограничивающий рост клеток. В результате были получены биоинженерные дрожжи Komagataella phaffii, которые производят в 10 раз больше артепиллина С, чем можно было получить раньше. Следует отметить, что артепиллин С не выделяется в питательную среду и имеет тенденцию накапливаться внутри клетки. Поэтому дрожжевые клетки в ферментерах необходимо выращивать с высокой плотностью, чего исследователи добились, удалив некоторые мутации, мешающие плотному росту организма.

Результаты этого эксперимента выходят за рамки производства данного конкретного соединения. В природе существуют тысячи соединений с очень похожей химической структурой, поэтому знания, полученные при производстве артепиллина С, могут быть использованы для микробного производства других соединений биологического происхождения.

В научных подразделениях Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») проводят исследования по поиску и оценке различных микроорганизмов в качестве агентов биологической борьбы, которые потенциально смогут заменить химические средства защиты растений, вредные для окружающей среды, людей, животных и насекомых-опылителей.

Источник: De novo production of the bioactive phenylpropanoid artepillin C using membrane-bound prenyltransferase in Komagataella phaffii, ACS Synthetic Biology (2024). DOI: 10.1021/acssynbio.4c00472