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酵母可以无限繁殖?科学家使用CRISPRI技术改善工业酵母菌株

   日期:2021-11-02     来源:贤集网    浏览:195    
核心提示:酵母(Saccharomyces cerevisiae)在工业上用于生产多种生化产品。有了酵母的参与,这些生化产品可以从农业或林业(第二代生物质
 酵母(Saccharomyces cerevisiae)在工业上用于生产多种生化产品。

有了酵母的参与,这些生化产品可以从农业或林业(第二代生物质)的废料中生产。

在生物质乙酸的机械和酶降解过程中,释放出乙酸,乙酸会抑制酵母的生长效率。

现在,Chalmers 的研究人员使用高分辨率 CRISPRI  文库筛选提供了对酵母应激反应的新理解,并且他们发现了用于高效工业酵母生物工程的新靶标基因。

“我们正在展示一个庞大的数据集,它提供了一个非凡的分辨率,用于分析醋酸胁迫下面包酵母中必需基因的功能贡献。这是以前从未尝试过的,”第一作者,查尔默斯工业生物技术部的研究员 Vaskar Mukherjee 说。



Yvonne Nygård 是查尔默斯大学的副教授,也是该研究的最后一位作者。她说:“在我们筛选的菌株库中,所有必需基因的表达都发生了改变,这在发现 CRISPR-Cas9 技术之前是非常困难的。”

使用 CRISPRI 降低必需基因的表达

CRISPR 干扰 (CRISPRI ) 是研究不同生长条件下细胞生理学的有力工具。有了这个获得诺贝尔奖的 CRISPR-Cas9 技术的衍生物,基因不会被插入或删除,但可以改变目标基因的调控。使用CRISPRI 技术,研究人员可以减少必需基因(即删除时会杀死生物体的基因)的表达,从而降低目标基因编码的蛋白质水平。

对于大多数必需基因,这使生物体保持活力,我们还可以看到该基因在不同营养或环境条件下在不同表达水平上的功能贡献,这种情况是在醋酸胁迫下。

参与酸耐受性的蛋白体基因

在这项研究中,使用了由 9,000 多个酵母菌株组成的 CRISPRi 文库,并且针对所有必需基因和呼吸生长必需基因的 98% 以上。结果表明,对蛋白酶体基因表达的微调导致对乙酸的耐受性增加。蛋白体是蛋白质复合物,它通过消耗 ATP 来降解多余或受损的蛋白质,ATP 即一种有机化合物,它提供能量来驱动活细胞中的许多过程,尤其是酵母细胞中大量必需的,以应对乙酸应激。

作者提出,对氧化蛋白质的蛋白酶体降解的适应性节省了 ATP,从而增加了乙酸耐受性。结果引起了广泛关注,表明这些基因可以作为改进工业细胞的生物工程的目标。



“我们的结果使我们能够建立合理的机制模型,扩大我们目前对醋酸胁迫下酵母分子生物学的理解。我相信许多研究人员会跟随我们的脚步,在许多其他不同的条件下筛选基本基因。我相信我们的数据集Vaskar Mukherjee 说:“学术界或工业界将使用这些基因来确定新的遗传候选物,以对强大的耐醋酸酵母菌株进行生物工程设计。”

更多关于酵母和第二代生物质的研究

目前,Chalmers 的研究人员正在开展三个不同的项目,他们使用类似的技术,其中一个项目是使用 CRISPRi 技术来识别新的生物工程遗传候选物,以改善使用第二代生物质的生化发酵过程中葡萄糖和木糖的共同利用.

野生酿酒酵母不能代谢木糖,而利用酿酒酵母工程菌株的木糖更喜欢将葡萄糖作为主要碳源而不是木糖。因此,工业二代生化发酵中木糖的消耗往往不完全,成为二代生化产品商业化生产的主要瓶颈之一。

该研究发表在mSystems 上。

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