地球与环境
新发现可以改善工业酵母菌株

贝克酵母,酿酒酵母,在工业上被用来生产各种各样的生物化学物质。这些生物化学物质可以从农业或林业工业的废料(第二代生物质)中生产出来。生物质在机械降解和酶降解过程中会释放乙酸。乙酸抑制酵母的生长和生化生成速率。现在,Chalmers的研究人员已经使用高分辨率的CRISPRi文库筛选,为酵母的应激反应提供了新的理解,他们发现了高效工业酵母生物工程的新目标基因。

“我们展示了一个巨大的数据集,它提供了在醋酸胁迫下面包师酵母中必要基因的功能贡献的非凡解决方案。这是以前从未尝试过的,”该研究的第一作者、查默斯大学工业生物技术部门的研究员Vaskar Mukherjee说。

Yvonne Nygård是查尔默斯大学的副教授,也是这项研究的最后一位作者:

她补充说:“在我们筛选的菌株库中,所有重要基因的表达都被改变了,在发现crispr - cas9技术之前,这是非常困难的。”

减少交货关键基因的表达使用CRISPRi

CRISPR干扰(CRISPRi)是研究不同生长条件下细胞生理学的有力工具。通过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。利用CRISPRi技术,研究人员可以减少必要基因的表达(即删除杀死生物体的基因),从而降低目标基因编码的蛋白质水平。

Vaskar Mukherjee说:“对于大多数基本基因来说,这使生物体保持了活力,我们也看到了该基因在不同营养或环境条件下(在本例中是在乙酸胁迫下)在不同表达水平上的功能贡献。”

与酸耐受性有关的蛋白体基因​

在这项研究中,使用了一个包含9000多株酵母菌株的CRISPRi文库,其中98%以上的必需基因和呼吸生长必需基因被锁定。结果表明,蛋白酶体基因表达的微调可提高对乙酸的耐受性。蛋白质体是一种蛋白质复合体,通过消耗ATP来降解多余或受损的蛋白质,ATP是一种有机化合物,为活细胞的许多过程提供能量,是酵母细胞应对乙酸胁迫所必需的大量物质。

作者提出,氧化蛋白的蛋白酶体降解的适应节省ATP,从而增加醋酸耐受性。这些结果引起了广泛的兴趣,表明这些基因可以被用于改良工业细胞的生物工程。

“我们的研究结果使我们能够建立合理的机制模型,扩展我们目前对醋酸胁迫下酵母分子生物学的理解。我相信,许多研究人员将跟随我们的脚步,在许多其他不同的条件下筛选必要的基因。我相信我们的数据集将被学术界或工业界用来确定新的基因候选,以生物工程强大的耐醋酸酵母菌菌株,”Vaskar Mukherjee说。

更多关于酵母和第二代生物质的研究

目前,查尔默斯夫妇的研究人员正在进行三个不同的项目,他们使用类似的技术,其中一个项目使用CRISPRi技术来确定新的生物工程基因候选,以改善利用第二代生物质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,而利用工程菌株的木糖更喜欢葡萄糖而不是木糖作为主要碳源。因此,木糖在工业二代生化发酵中的消耗往往不完全,成为二代生物化学品商业化生产的主要瓶颈之一。

阅读mSystems的研究:关键基因的CRISPR干扰筛选揭示蛋白酶体调控决定酿酒酵母的醋酸耐受性

文字:苏珊娜·尼尔森·林德

照片:玛蒂娜Butorac

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