بررسی اثر تغییردهنده های اپی ژنتیکی و شبیه سازی مهندسی ژنتیکی بر پایه مدل های متابولیکی برای افزایش تولید پیش سازهای ترپنی در مخمر

هدف: این مطالعه با هدف افزایش تولید ایزوپنتنیل پیروفسفات (IPP)، پیش ساز کلیدی در سنتز ترپنوئیدها، در مخمر ساکارومایسس سرویزیه انجام شد. دو رویکرد مهم شامل استفاده از تغییرات اپی ژنتیکی با استفاده از آزاسیتیدین و سدیم بوتیرات و مهندسی ژنتیک هدفمند مبتنی بر شبیه سازی های محاسباتی مورد بررسی قرار گرفت. مواد و روش ها: تیمار آزاسیتیدین با دمتیلاسیون نواحی پروموتر ژن ها و تیمار سدیم بوتیرات با مهار آنزیم های هیستون داستیلاز (HDAC)، منجر به تنظیم بیان ژن های دخیل در مسیر موالونات می شوند. شبیه سازی های محاسباتی با مدل iMM۹۰۴ و الگوریتم الهام گرفته از OptForce-FSEOF برای شناسایی واکنش های کلیدی و بهینه سازی شار متابولیکی استفاده گردید. در این پژوهش، تیمارهای آزاسیتیدین و سدیم بوتیرات به ترتیب در غلظت های ۵۰ میکرو مولار و ۲۵ میلی مولار به محیط کشت حاوی مخمر اضافه شده و سپس غلظت متابولیت ها با استفاده از کروماتوگرافی مایع-طیف سنجی جرمی متوالی (LC-MS/Ms) اندازه گیری شد. نتایج: نتایج نشان داد که، آزاسیتیدین و سدیم بوتیرات غلظت متابولیت های کلیدی فسفوموالونات، ایزوپنتنیل پیرو فسفات و دی متیل آلیل دی فسفات را به طور معناداری افزایش داده و از این طریق مسیر متابولیکی موالونات تقویت شده است. آزاسیتیدین در افزایش غلظت فسفوموالونات موثرتر از سدیم بوتیرات بود، در حالی که هر دو تیمار در تولید ایزوپنتنیل پیروفسفات اثری مشابه داشتند. از سوی دیگر، کاهش شار واکنش ACACT۱m در شبیه سازی مهندسی ژنتیک منجر به بازتخصیص منابع متابولیکی استیل کوآنزیمA به مسیر موالونات و افزایش تولید ایزوپنتنیل پیروفسفات تا ۱۵/۷ میلی مول بر گرم وزن خشک در ساعت شد، و نرخ رشد سلولی هم در سطح مطلوب ۳۶/۰ گرم وزن خشک بر ساعت حفظ گردید. نتیجه گیری: بر اساس نتایج این پژوهش می توان پیشنهاد داد که ترکیب دو روش، استفاده از مواد تغییردهنده اپی ژنتیکی برای اعمال تغییرات اپی ژنتیکی و مهندسی ژنتیک هدفمند همراه با بهره گیری از آنالیزهای محاسباتی و شبیهسازیهای متابولیکی، می تواند یک راهبرد کارآمد برای بهینه سازی تولید ترپنوئیدها در مقیاس صنعتی باشد. این رویکرد با بهره گیری از مزایای همزمان هر دو روش، ظرفیت تولید مخمر ساکارومایسس سرویزیه را برای محصولات ارزشمند زیستی ارتقا می دهد.کلمات کلیدی: پیش سازهای ترپن، تغییر دهنده های اپی ژنتیکی، مدل متابولیکی در مقیاس ژنوم، مهندسی ژنتیک

کلیدواژه ها:

پیش سازهای ترپن ، تغییر دهنده های اپی ژنتیکی ، مدل متابولیکی در مقیاس ژنوم ، مهندسی ژنتیکی