بررسی اثر تغییردهندههای اپیژنتیکی و شبیهسازی مهندسی ژنتیکی بر پایه مدلهای متابولیکی برای افزایش تولید پیشسازهای ترپنی در مخمر
نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، پژوهشکده بیوتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران.
2 دانشیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران.
3 : استاد، پژوهشکده بیوتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران.
doi
10.22103/jab.2025.24553.1640چکیده
هدف: این مطالعه با هدف افزایش تولید ایزوپنتنیل پیروفسفات (IPP)، پیشساز کلیدی در سنتز ترپنوئیدها، در مخمر ساکارومایسس سرویزیه انجام شد. دو رویکرد مهم شامل استفاده از تغییرات اپیژنتیکی با استفاده از آزاسیتیدین و سدیم بوتیرات و مهندسی ژنتیک هدفمند مبتنی بر شبیهسازیهای محاسباتی مورد بررسی قرار گرفت. مواد و روشها: تیمار آزاسیتیدین با دمتیلاسیون نواحی پروموتر ژنها و تیمار سدیم بوتیرات با مهار آنزیمهای هیستون داستیلاز (HDAC)، منجر به تنظیم بیان ژنهای دخیل در مسیر موالونات میشوند. شبیهسازیهای محاسباتی با مدل iMM904 و الگوریتم الهام گرفته از OptForce-FSEOF برای شناسایی واکنشهای کلیدی و بهینهسازی شار متابولیکی استفاده گردید. در این پژوهش، تیمارهای آزاسیتیدین و سدیم بوتیرات بهترتیب در غلظتهای 50 میکرومولار و 25 میلیمولار به محیط کشت حاوی مخمر اضافه شده و سپس غلظت متابولیتها با استفاده از کروماتوگرافی مایع-طیفسنجی جرمی متوالی (LC-MS/Ms) اندازهگیری شد. نتایج: نتایج نشان داد که، آزاسیتیدین و سدیم بوتیرات غلظت متابولیتهای کلیدی فسفوموالونات، ایزوپنتنیل پیرو فسفات و دیمتیل آلیل دیفسفات را بهطور معناداری افزایش داده و از این طریق مسیر متابولیکی موالونات تقویت شده است. آزاسیتیدین در افزایش غلظت فسفوموالونات مؤثرتر از سدیم بوتیرات بود، در حالی که هر دو تیمار در تولید ایزوپنتنیل پیروفسفات اثری مشابه داشتند. از سوی دیگر، کاهش شار واکنش ACACT1m در شبیهسازی مهندسی ژنتیک منجر به بازتخصیص منابع متابولیکی استیل کوآنزیمA به مسیر موالونات و افزایش تولید ایزوپنتنیل پیروفسفات تا 15/7 میلیمول بر گرم وزن خشک در ساعت شد، و نرخ رشد سلولی هم در سطح مطلوب 36/0 گرم وزن خشک بر ساعت حفظ گردید. نتیجهگیری: بر اساس نتایج این پژوهش میتوان پیشنهاد داد که ترکیب دو روش، استفاده از مواد تغییردهنده اپیژنتیکی برای اعمال تغییرات اپیژنتیکی و مهندسی ژنتیک هدفمند همراه با بهرهگیری از آنالیزهای محاسباتی و شبیهسازیهای متابولیکی، میتواند یک راهبرد کارآمد برای بهینهسازی تولید ترپنوئیدها در مقیاس صنعتی باشد. این رویکرد با بهرهگیری از مزایای همزمان هر دو روش، ظرفیت تولید مخمر ساکارومایسس سرویزیه را برای محصولات ارزشمند زیستی ارتقا میدهد.کلمات کلیدی: پیش سازهای ترپن، تغییردهندههای اپیژنتیکی، مدل متابولیکی در مقیاس ژنوم، مهندسی ژنتیک
