Сочинение на тему Экспрессия гетерологичного гена как подход к обнаружению вторичного метаболита грибка

В большинстве случаев нисходящие подходы встречаются с известными СМ, ​​и трудно найти новые СМ. Иногда это справедливо даже для подходов к добыче генома. Это происходит главным образом из-за кластеров генов, которые продуцируют SM, остаются молчаливыми и не экспрессируются в нормальных лабораторных условиях. Эти генные кластеры называются бесхозными или загадочными кластерами генов. Обычно микроорганизмы не экспрессируют свои гены все время. Потому что для этого нужно больше ресурсов и энергии. У них есть механизм, регулирующий экспрессию генов.

Генно-инженерные подходы, такие как гомологичная экспрессия и гетерологичная экспрессия, могут быть использованы для преодоления этой проблемы. Гомологичная экспрессия представляет собой сверхэкспрессию гена в нативном организме. Напротив, гетерологичная экспрессия представляет собой экспрессию гена или части представляющего интерес гена в организме хозяина, который не имеет этого гена в природе. Преимущества гетерологичной экспрессии по сравнению с гомологичной экспрессией заключаются в том, что гетерологичные хозяева обычно имеют более высокую скорость роста, чем нативный организм, широкий запас предшественников, поддающийся генетической модификации. 5, 6. Основными этапами гетерологичной экспрессии являются: идентификация и выделение SM, представляющей интерес, идентификация кластера генов, который отвечает за продуцирование SM, и фрагмента ДНК, представляющего интерес. Затем перенесите фрагмент или значительный его фрагмент в вектор с обнаруживаемым грибковым маркером. Выберите подходящего хозяина и проведите генетическую манипуляцию. После этого гетерологичный хозяин необходимо поддерживать до выделения СМ. Есть несколько важных фактов, которые необходимы при выборе хоста. Природа биосинтетического генного кластера, генетические и физиологические характеристики натива и хозяина требуют изучения. Примерно аналогичная функциональность нативного организма и организма-хозяина также является хорошим требованием для успешной гетерологичной экспрессии. Обычным гетерологичным хозяином грибов являются saccharomyces cerevisiae, aspergillus oryzae и aspergillus nidulans. Все эти организмы имеют хорошо развитый ящик для генетических инструментов и минимальное количество эндогенной продукции СМ.

Здесь я представлю два успешных примера исследования гетерологичной экспрессии у грибов. Паркер и его коллеги изучили гетерологичный биосинтез нодулиспориновой кислоты F (NAF). Нодулиспоровые кислоты (NA) представляют собой группу индол-дитерпена, которая, как известно, обладает инсектицидной активностью в отношении членистоногих, питающихся кровью, и эти соединения менее вредны для млекопитающих. Nodulisporic кислоты производятся Hypoxylon pulicicidum и обычно называются Nodulisporium sp. Однако выработка НК из Hypoxylon pulicicidum низкая, и известно, что подходы к общему синтезу имеют многоэтапный и сложный характер. Поэтому Паркер и группа использовали генно-инженерный подход для синтеза этих важных классов биологически активных соединений. Они использовали Penicillium paxilli в качестве гетерологичного хозяина, который производит паксиллин, индол дитерпен. Первые три этапа пути биосинтеза паксиллина в Penicillium paxilli сходны с биосинтезом индол-дитерпена и имеют гомологичные гены. Они идентифицировали кластер генов, который ответственен за продуцирование NA у Hypoxylon pulicicidum, и этот кластер генов состоит из тринадцати генов. Hypoxylon pulicicidum не имеет гена, кодирующего геранилгеранилпирофосфатсинтазу, который необходим на первом этапе биосинтеза NA. Организм-хозяин имеет этот фермент, который увеличивает выход продукции NAF в генетически модифицированном организме-хозяине. После проведения серии исследований с генетически модифицированной плазмидой в организме хозяина им удалось обнаружить, что для биосинтеза НАФ требуется всего пять генов.

Следующее исследование, которое я здесь представляю, было проведено Chooi и группой. Они исследовали гетерологичную продукцию промежуточного поликетида бензоил-праймера трикарбоновой кислоты из пути биосинтеза сарагозиновой кислоты A (ZAA). Zaragozic Acid A – это поликетид, обладающий активностью снижения уровня холестерина. Полный синтез этого поликетида был сделан. Однако биосинтез бициклического ядра и бензоилсодержащего поликетидного плеча все еще нуждается в понимании. В этом исследовании они использовали генетически сконструированный гетерологичный хозяин aspergillus nidulans для изучения пути биосинтеза ZAA, особенно бензилсодержащего поликетидного плеча, и смогли идентифицировать промежуточное соединение 2, которое затем действует как предшественник для образования ZAA. Curvularia lunata был нативным организмом, который использовался для идентификации генного кластера, ответственного за продукцию ZAA. Им удалось обнаружить, что биосинтез промежуточного соединения ZA 2 может быть осуществлен с использованием только трех ферментов посредством гетерологичной экспрессии. Предшественником был бензоил-КоА пул, а бензоил-КоА естественным образом обнаруживается в aspergillus nidulans.

В заключение, гетерологичная экспрессия найдена как надежный подход для обнаружения вторичного метаболита грибка. Он обеспечивает характеристику кластеров биосинтетических генов из некультурных или плохо культивируемых микробов. Однако в этой технике есть некоторые проблемы, которые необходимо решить. Гетерологичный хозяин всегда не продуцирует молекулу-мишень с хорошим выходом. Иногда даже ниже, чем на родном хосте. Если молекула-мишень проявляет противогрибковую активность, необходимо принять меры предосторожности, такие как экспрессия гена устойчивости, перед модификацией генов. Следовательно, лучшее понимание молекулы, представляющей интерес, нативного организма и гетерологичного хозяина имеет решающее значение. Наличие необходимых предшественников, стабильность биосинтетического фермента в организме хозяина также должны быть поняты до модификации гена.