Des chercheurs de l’Institut de technologie avancée de Shenzhen de l’Académie chinoise des sciences ont développé une approche d’optimisation combinatoire pour construire et contrôler spatialement un réseau cytochrome P450-cytochrome P450 réductase (CYP-CPR) dans une souche modifiée de Saccharomyces cerevisiae afin de stimuler la production d’acide quillaique.
L’étude a été publiée dans Ingénierie métabolique le 12 septembre.
Les cytochromes P450 (CYP) jouent des rôles polyvalents dans la nature, ce qui en fait un outil important en biologie synthétique pour construire des usines de cellules microbiennes afin de produire des produits pharmaceutiques commercialement intéressants, tels que les saponines. Cependant, les CYP présentent une promiscuité de substrat et oxydent les substrats involontairement, conduisant à une accumulation de produits sous-oxydés ou suroxydés non reconnus par d’autres CYP co-exprimés.
L’acide quillaique est le squelette aglycone de 49 des 58 saponines identifiées dans Quillaja saponaria Molina, dont certaines ont été utilisées comme adjuvants dans les vaccins contre le paludisme, le zona et la COVID-19.
La biosynthèse de novo de l’acide quillaique dans une usine de cellules microbiennes nécessite plusieurs CYP pour catalyser l’oxydation en six étapes à trois positions différentes. Il est crucial de maintenir les étapes d’oxydation en synergie absolue, car 47 produits différents pourraient se former au cours du processus, dont 46 sont des sous-produits incomplets ou suroxydés.
Dans cette étude, les chercheurs ont établi un réseau efficace de CYP et de CPR grâce au criblage itératif de plus de 100 paires CYP-CPR pour produire l’acide quillaique, le produit cible.
La distance spatiale entre les différents CYP sur le réticulum endoplasmique a été contrôlée par l’expression de la protéine membranaire de liaison aux stéroïdes 1 d’Arabidopsis thaliana, qui a augmenté le titre en acide quillaique de 79,5 %.
Ils ont optimisé le réseau d’enzymes dans l’usine de cellules microbiennes en renforçant l’approvisionnement en cofacteurs et en augmentant la surface du réticulum endoplasmique. Sur 47 produits potentiels pouvant être synthétisés, 86 % des produits synthétisés par le réseau d’enzymes optimisé étaient le composé cible, l’acide quillaïque, et la fermentation a atteint 2,23 g/L d’acide quillaique.
Plus d’information:
Jiazeng Yang et al, Optimisation combinatoire et remodelage spatial des CYP pour contrôler le profil du produit, Ingénierie métabolique (2023). DOI : 10.1016/j.ymben.2023.09.004