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Jan 01, 2024

抗うつ薬オルシノールグルコシドの生合成経路を研究が解明

Gli scienziati hanno inoltre progettato la produzione dell'orcinolo glucoside.

科学者らはまた、バイオテクノロジーに適した酵母におけるオルシノールグルコシドの生産を設計した。

オルシノールグルコシド (OG) の抗うつ特性は十分に確立されています。 それは主に、中国語でXianmaoとしても知られるCurculigo orchioides Gaertnの根茎に存在します。 証言によると、OGにはさまざまな薬理効果があるとのこと。 いくつかの研究によると、抗うつ作用のある C. orchoides の主成分は OG である可能性があります。

しかし、非効率的な植物抽出と困難で高価な化学合成のため、OG の商業的利用には依然として制約がありました。

OG の生成に関与する高活性オルシノール合成酵素 (ORS) と UDP 依存性糖転移酵素 (UGT) が、効果的なスクリーニング パイプラインを使用したこの研究で発見されました。 研究者らは、C. orchioides のトランスクリプトーム配列決定、コンピューター解析、および in vitro での機能検証を使用して、経路を正確に特定することができました。

OG の生合成は、まず、1 分子のアセチル CoA と 3 分子のマロニル CoA の縮合を介して III 型ポリケチド合成酵素 (PKS) である ORS によって触媒されてオルシノールが生成され、その後、オルシノールの炭素位置が UGT で修飾されます。 -3 または炭素 5 の水酸基により OG が生成されます。

科学者たちは、代謝および比較トランスクリプトーム分析を利用して、C. orchioides の ORS および UGT をコードする機能遺伝子を調査しました。 彼らは、C. orchioides の根と葉における OG とその前駆体オルシノールの分布を評価しました。 その結果、OG は主に根に豊富に存在し、葉よりもほぼ 3 倍豊富に存在することが示されました。 同時に、根のOGとオルシノールの合計含有量も葉よりも高かった。

科学者は、配列の類似性に基づいて、他の種から 5 つの ORS 候補を特定することもできました。 すべての ORS 候補遺伝子は、基質としてアセチル CoA およびマロニル CoA を用いた in vitro 酵素活性アッセイを使用して特性評価されました。

C. orchioides における OG 形成の原因となる UGT は依然として不明です。 トランスクリプトームシークエンシング、制約された分子ドッキング、および機能特性評価を統合することにより、UGT をコードする候補遺伝子を絞り込むためのパイプラインを構築しました。 遺伝子発現と基質結合の制限により、潜在的な候補の 90% 以上が急速に排除されました。

その後、候補 UGT の多大な労力を要する機能検証が 6 遺伝子のみに対して実施され、面倒な実験試験が回避されました。 このプロセスは、天然植物産物の生合成経路における新しい糖転移酵素やその他の機能遺伝子を発見する方法を提供し、包括的な植物UGTデータベースpUGTdbの構築にも応用されています。

OG の微生物生産を改善するために、科学者たちは主に宿主細胞、代謝工学、培地、発酵条件を検討しました。 新興産業微生物 Y. リポリティカは、アセチル CoA およびマロニル CoA への高い炭素フラックスを天然に備えています。 例えば、アセチル-CoAおよびマロニル-CoAの供給を改善するために使用されていた内因性YlPEX10およびYlACC1遺伝子の過剰発現は、OG産生を改善せず、前駆体の供給が制限因子ではないことを示している。

実際、OG の生合成経路における下流遺伝子 (CorcORS1 および CorcUGT31) の過剰発現により、OG の産生が大幅に改善されました。 同時に、適切な発酵培地の選択が生産性を大きく左右し、副産物の合成を減らすために重要であることもわかりました。

流加発酵条件をさらに最適化した後、改変株 YL-G12 における OG の生産性は、出発株 YL-G1 と比較して約 100 倍向上しました。

下流経路、代謝工学、および発酵の最適化を強化することにより、ヤロウィア リポリティカの OG 生産量は 100 倍向上し、最終収量は 43.46 g/L (0.84 g/g DCW) となり、これはほぼ 6,400 倍に達しました。 C. orchioides の根からの抽出収量よりも高い。

参考雑誌: