V tej raziskavi smo oljno kvasovko Yarrowia lipolytica uporabili kot platformo za razvoj novih pristopov optimizacije biosinteze karotenoidov, predvsem zeaksantina in β-kriptoksantina. Delo je temeljilo na izhodiščnem sevu YB-392, s čimer smo razširili obstoječe znanje, ki je večinoma pridobljeno na sevih iz druge linije, Po1. Z genskim inženiringom smo vstavili heterologne poti za biosintezo karotenoidov, optimizirali pretok metabolitov skozi mevalonatno pot ter izboljšali izražanje ključnih encimov z uporabo različnih promotorjev in števil kopij genov. Poseben poudarek smo namenili analizi β-karoten hidroksilaz. Z bioinformatskimi orodji smo identificirali 5590 homologov encima PaCrtZ, izbrali 21 predstavnikov in ovrednotili njihovo aktivnost v Y. lipolytica. Šest homologov je izkazalo sposobnost sinteze zeaksantina, dva pa ekskluzivno β-kriptoksantina. Strukturna analiza aktivnega mesta PaCrtZ nam je omogočila določitev ključnih katalitičnih ostankov (E18, D52, D95), ki so se izkazali kot bistveni za encimsko aktivnost, ter ostanka E49, ki sodeluje pri orientaciji substrata. Učinkovitost biosinteze smo nadalje izboljšali s ciljnim usmerjanjem encima PaCrtZ v endoplazemski retikulum in peroksisome, kar je povečalo dostopnost β-karotena za hidroksilacijo. Poleg tega smo vzpostavili multiencimske komplekse preko fuzije encima s peptidi RIDD in RIAD, kar je privedlo do kolokalizacije encimov in povečane proizvodnje zeaksantina. Naši rezultati potrjujejo, da racionalno oblikovanje metabolnih poti v Y. lipolytica, vključno z izborom encimov ter optimizacijo njihove lokalizacije in/ali prostorske organizacije, pomembno prispeva k povečanju produktivnosti mikrobnih bioprocesov. Raziskava predstavlja pomemben napredek pri razvoju trajnostnih strategij za biotehnološko proizvodnjo izoprenoidov z visoko vrednostjo.
|