Sterowanie metabolizmem

Sterowanie metabolizmem Wydajna produkcja metabolitu Zakłócenie procesów metabolicznych Przejściowe Trwałe zmiana warunków modyfikacja środowiska genotypu

Sterowanie metabolizmem Zmiany warunków środowiskowych Indukcja substratowa i represja kataboliczna Represja produktami reakcji enzymatycznych Zwiększenie przepuszczalności osłon komórkowych Zmiana preferencji metabolicznych Dodatek prekursorów Regulacja źródłem węgla Regulacja związkami azotu Regulacja fosforanowa Regulacja parametrami fizyko-chemicznymi temperaturą pH natlenianiem

Sterowanie metabolizmem Modyfikacje genotypu Zmiana aktywności enzymów Mutanty auksotroficzne Mutanty regulatorowe Szczepy otrzymywane metodami inżynierii genetycznej

Indukcja substratowa i represja kataboliczna Indukcja substratowa – umożliwia syntezę określonych enzymów wyłącznie w obecności odpowiedniego substratu lub jego strukturalnego analogu Represja kataboliczna – obecność łatwo przyswajalnego substratu hamuje syntezę enzymów potrzebnych do przyswajania innych potencjalnych substratów Represja kataboliczna jest mechanizmem dominującym

Indukcja substratowa i represja kataboliczna Degradacja substratów wielkocząsteczkowych Przyswajanie związków małocząsteczkowych Enzym Zastosowanie przemysłowe Indukcja substratowa Represja kataboliczna β-galaktozydaza przemysł mleczarski laktoza, IPTG glukoza amyloglukozydaza przetwórstwo skrobi skrobia, dekstryny glukoza, laktoza, kwas glutaminowy α-amylaza maltotetroza izomeraza glukozowa ksyloza, ksylan IPTG – izopropylo-β-D-tiogalaktopiranozyd

Indukcja substratowa i represja kataboliczna Brak represji katabolicznej nie wystarcza do syntezy białek, jeżeli nie ma induktora Obecność induktora nie wystarcza do syntezy białek, jeżeli jest represja Synteza białek zachodzi jedynie w obecności induktora i przy braku represji katabolicznej R – represor B1, B2, B3 – białka biorące udział w metabolizmie substratu A – struktura regionu regulatorowego

Indukcja substratowa i represja kataboliczna Mechanizm często wykorzystywany przy konstrukcji systemów ekspresyjnych E. coli

Przemysłowa produkcja aminokwasów

Przemysłowa produkcja aminokwasów Aminokwasy egzogenne Fenyloalanina Izoleucyna Leucyna Lizyna Metionina Treonina Tryptofan Walina Asparagina Histydyna Kwas glutaminowy ??? Ponad 50% rocznej produkcji aminokwasów Glutaminian sodu – wzmacniacz smaku Składnik przypraw i żywności w proszku

Produkcja kwasu glutaminowego Corynebacterium glutamicum Gram + Morfologicznie zmienne krótkie pałeczki maczugowce ziarniaki Tlenowe lub względnie beztlenowe Optymalna temp. 28-30 °C Wykazują auksotrofię biotynową

Produkcja kwasu glutaminowego Wydajna produkcja wymaga usuwania kwasu glutaminowego z komórki Zwiększenie przepuszczalności osłon komórkowych deficyt biotyny nadmiar nasyconych kwasów tłuszczowych detergenty antybiotyki hamujące syntezę peptydoglikanu ściany komórkowej Zmiana warunków środowiskowych

Produkcja kwasu glutaminowego Wydajna produkcja wymaga usuwania kwasu glutaminowego z komórki Zwiększenie przepuszczalności osłon komórkowych auksotrofia glicerolowa auksotrofia oleinowa Mutanty auksotroficzne

Produkcja lizyny Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum Zmiana preferencji metabolicznych - hamowanie jednego z odgałęzień szlaku metabolicznego przez nadmiar produktu tego odgałęzienia 1 – syntaza dihydropikolinianowa 2 – dehydrogenaza homoserynowa 3 – transacylaza homoserynowa 4 – dehydrataza homoserynowa

Produkcja lizyny Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum Mutanty auksotroficzne Hser- Kinaza asparaginianowa (7) produkowana jest konstytutywnie Podlega regulacji allosterycznej w obecności L-lizyny i L-treoniny (jednoczesny nadmiar obu aminokwasów) Mutacja dehydrogenazy homoserynowej (8) znosi negatywną regulację kinazy asparaginianowej

Produkcja penicyliny Prekursory Enzymy L-cysteina L-walina Kwas L-α-aminoadypinowy Enzymy syntetaza L-α-aminoadypinoilo-L-cysteinylo-D-waliny (syntetaza ACV) syntaza izopenicyliny N (syntaza IPN) Acylaza penicylinowa Acylotransferaza izopenicyliny N

Regulacja źródłem węgla Produkcja penicyliny przez Penicillium chrysogenum Wymaga zniesienia ogólnometabolicznego układu represji katabolicznej Decyduje nie rodzaj źródła węgla, ale szybkość jego metabolizmu Represja kataboliczna synteza kwasu L-α-aminoadypinowego (L-α-AA) synteza syntetazy L-α-aminoadypinoilo-L-cysteinylo-D-waliny (syntetazy ACV) synteza syntazy izopenicyliny N (syntazy IPN)

Regulacja fosforanowa Produkcja penicyliny przez Penicillium chrysogenum Wymaga zniesienia ogólnometabolicznego układu represji katabolicznej Nadmiar jonu fosforanowego pogłębia efekt represji katabolicznej stymuluje transport glukozy do komórki stymuluje metabolizm glukozy

Regulacja związkami azotu Produkcja penicyliny przez Penicillium chrysogenum Wymaga obecności glutaminy jako donora grupy aminowej w syntezie aminokwasowych prekursorów penicyliny Nadmiar jonu amonowego powoduje represję syntetazy glutaminowej

Produkcja penicyliny G przez Penicillium chrysogenum Dodatek prekursorów Produkcja penicyliny G przez Penicillium chrysogenum Selektywna produkcja penicyliny G wymaga dodatku prekursora reszty benzylowej fenylooctanu fenyloalaniny

Mutanty regulatorowe mutageneza sekwencji operatorowych mutageneza genów kodujących białka regulatorowe (represory) mutageneza sekwencji operatorowych mutageneza genów kodujących enzymy allosteryczne