블로그

Jan 01, 2024

항우울제 오르시놀 글루코사이드의 생합성 경로를 해독하는 연구

과학자들은 또한 오르시놀 글루코사이드의 생산을 설계했습니다.

과학자들은 또한 생명공학 친화적인 효모에서 오르시놀 글루코사이드를 생산하도록 설계했습니다.

오르시놀 글루코사이드(OG)의 항우울제 특성은 잘 확립되어 있습니다. 이는 중국어로 Xianmao라고도 알려진 Curculigo orchioides Gaertn의 뿌리줄기에 주로 존재합니다. 증언에 따르면 OG에는 다양한 약리학적 효과가 있다고 합니다. 몇몇 연구에 따르면 항우울제 활성을 갖는 C. orchoides의 주요 성분은 OG일 수 있습니다.

그러나 비효율적인 식물 추출과 어렵고 값비싼 화학 합성으로 인해 OG의 상업적 적용 가능성은 여전히 ​​제한적이었습니다.

본 연구에서는 효과적인 스크리닝 파이프라인을 사용하여 OG 생산에 관여하는 매우 활성이 높은 오르시놀 신타제(ORS)와 UDP 의존성 글리코실트랜스퍼라제(UGT)를 발견했습니다. C. orchioides의 전사체 서열 분석, 컴퓨터 분석 및 시험관 내 기능 검증을 사용하여 연구자들은 경로를 정확히 찾아낼 수 있었습니다.

OG의 생합성은 먼저 1분자의 아세틸-CoA와 3분자의 말로닐-CoA의 축합을 통해 유형 III 폴리케타이드 합성효소(PKS)인 ORS에 의해 촉매되어 오르시놀을 생성하고, 이후 탄소에서 UGT로 변형됩니다. -3 또는 탄소-5 하이드록시 그룹으로 OG를 생성합니다.

과학자들은 C. orchioides에서 ORS와 UGT를 암호화하는 기능적 유전자를 탐색하기 위해 대사 및 비교 전사체 분석을 사용했습니다. 그들은 C. orchioides의 뿌리와 잎에서 OG와 그 전구체 orcinol의 분포를 평가했습니다. 결과는 OG가 주로 뿌리에 풍부하며 잎보다 거의 3배 더 풍부하다는 것을 보여주었습니다. 동시에 뿌리의 OG와 오르시놀의 총 함량도 잎보다 높았습니다.

과학자들은 또한 서열 유사성을 기반으로 다른 종으로부터 5개의 ORS 후보를 식별할 수도 있습니다. 모든 ORS 후보 유전자는 아세틸-CoA 및 말로닐-CoA를 기질로 사용하는 시험관 내 효소 활성 분석을 사용하여 특성화되었습니다.

C. orchioides의 OG 형성을 담당하는 UGT는 아직 알려지지 않았습니다. 전사체 시퀀싱, 제한된 분자 도킹 및 기능적 특성 분석을 통합하여 UGT를 인코딩하는 후보 유전자의 범위를 좁히는 파이프라인을 구축했습니다. 유전자 발현 및 기질 결합의 제한으로 인해 잠재적 후보의 90% 이상이 빠르게 제거되었습니다.

후보 UGT의 노동 집약적인 기능 검증은 지루한 실험 테스트를 피하면서 6개의 유전자에 대해서만 수행되었습니다. 이 과정은 천연 식물 제품의 생합성 경로에서 새로운 글리코실트랜스퍼라제 및 기타 기능적 유전자를 발견하는 방법을 제공하며, 이는 포괄적인 식물 UGT 데이터베이스 pUGTdb 구축에도 적용되었습니다.

OG의 미생물 생산을 개선하기 위해 과학자들은 주로 숙주 세포, 대사 공학, 배지 및 발효 조건을 고려했습니다. 신흥 산업 미생물인 Y.lipolytica는 자연적으로 아세틸-CoA와 말로닐-CoA를 향한 높은 탄소 흐름을 가지고 있습니다. 예를 들어, 아세틸-CoA 및 말로닐-CoA의 공급을 개선하는 데 사용되었던 내인성 YlPEX10 및 YlACC1 유전자의 과발현은 OG 생산을 개선하지 않았으며 이는 전구체 공급이 제한 요인이 아님을 나타냅니다.

실제로, OG의 생합성 경로에서 하류 유전자(CorcORS1 및 CorcUGT31)의 과발현은 OG의 생산을 크게 향상시켰습니다. 동시에, 우리는 적합한 발효 배지를 선택하는 것이 생산성에 크게 영향을 미치고 부산물 합성을 줄이는 데 중요하다는 사실을 발견했습니다.

유가식 발효 조건을 추가로 최적화한 후 조작된 균주 YL-G12의 OG 생산성은 출발 균주 YL-G1에 비해 약 100배 향상되었습니다.

하류 경로, 대사 공학 및 발효 최적화를 강화함으로써 야로위아 리폴리티카의 OG 생산이 100배 개선되어 최종 수율이 43.46g/L(0.84g/g DCW)로 나타났습니다. 이는 거의 6,400배 더 높은 수치입니다. C. orchioides 뿌리의 추출 수율보다.