Дрожжи, лишенные стерина C

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13617 (2023) Цитировать эту статью

151 доступ

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Эсцин представляет собой смесь более 30 гликозилированных тритерпеноидных (сапониновых) структур, экстрагированных из сушеных плодов конских каштанов. Эсцин в настоящее время используется как противовоспалительное средство и потенциально может применяться при лечении артрита и рака. Сконструированные дрожжи позволят производить специфические биоактивные компоненты эсцина в промышленных масштабах, однако было показано, что многие сапонины токсичны для дрожжей. Здесь мы сообщаем, что штамм Saccharomyces cerevisiae, в котором отсутствует ген десатуразы стерол C-5 ERG3, демонстрирует поразительную повышенную толерантность к лечению эсцином. Транскриптомный анализ, а также предварительное смешивание эсцина со стеролами подтверждают гипотезу о том, что эсцин взаимодействует непосредственно с эргостерином, но не так сильно с измененными стеринами, присутствующими в erg3Δ. Разнообразный спектр сапонинов представляет коммерческий интерес, и это исследование подчеркивает ценность скрининга мутантов липидома для выявления подходящих хозяев для разработки промышленного производства сапонинов.

Сапонины (гликозилированные тритерпеноиды) относятся к числу наиболее многочисленных и разнообразных групп растительных натуральных продуктов с огромным потенциалом во многих отраслях промышленности1,2. Помимо фармацевтического применения в качестве адъювантов вакцин3 и противовоспалительных средств4, сапонины также имеют потенциал в терапии артрита, ожирения, рака и болезни Альцгеймера5,6,7. Некоторые сапонины также используются в качестве стабилизаторов пены и эмульгаторов в косметике и мыле8. Многие соединения сапонинов обладают гемолитическими свойствами, и в природе обычно считается, что сапонины действуют как защитные соединения растений, хотя в немногих исследованиях изучалась степень и механизм противогрибковой активности9,10,11,12,13,14,15,16. Это важно для понимания биологической роли сапонинов в растениях и для разработки дрожжей как фабрик по производству сапонинов. Хотя экстракция сапонина из растений носит сезонный характер и дает ограниченный урожай, дрожжи можно легко сконструировать для экспрессии генов растений, и существует созданная инфраструктура для крупномасштабного быстрого культивирования дрожжей и экстракции продуктов. В отличие от бактерий, дрожжи имеют эндоплазматический ретикулум (ЭР), который поддерживает активность локализованных в ЭР ферментов цитохрома P450, которые участвуют в биосинтезе сапонинов. Производство с помощью модифицированных дрожжей также позволяет производить и экстрагировать целевые структуры сапонинов с высокой чистотой, в отличие от смесей сапонинов, которые экстрагируются из растений.

Эсцин (также называемый эсцином) представляет собой смесь более 30 сапониновых структур, экстрагированных из плодов конского каштана Aesculus hippocastanum L. Примерно 60% эсцина представляет собой β-эсцин (рис. 1а), содержащий тритерпеноидный остов протоэсцигенина, этерифицированный в Положение С-22 с уксусной кислотой, а положение С-21 с ангелиновой или тигликовой кислотой17. Эсцин обладает мощными противовоспалительными свойствами и используется при лечении хронической венозной недостаточности, послеоперационных отеков и геморроя4,18,19. Эсцин также перспективен в лечении артрита20,21 и рака; Эсцин вмешивается в циклы опухолевых клеток, индуцирует апоптоз раковых клеток, ингибирует миграцию клеток и усиливает воздействие химиотерапевтических препаратов22. В то время как конский каштан обеспечивает сезонный запас смеси сапонинов, модифицированные дрожжи потенциально могут обеспечить круглогодичное промышленное производство конкретных активных компонентов этого мощного терапевтического препарата, однако ранее было показано, что эсцин обладает противогрибковой активностью23,24.

(а) Структура β-эсцина, который составляет примерно 60% сапонинов в эсцине17. Основная цепь протоэсцигенина этерифицирована по C-22 уксусной кислотой и по C-21 либо ангелиновой, либо тигликовой кислотой (показана тигликовая кислота). Глюкуроновая кислота (GlcA) конъюгирована по C-3. К глюкуроновой кислоте присоединены два сахара глюкозы (Glc), один из которых может быть заменен ксилозой (Xyl). (б) Активность ферментов, участвующих в последних стадиях биосинтеза эргостерина из предшественника зимостерина. Реакции изображены на рис. S1. ( в ) Рост в микропланшетных культурах, обозначенный ΔA595 (0–24 ч). Три биологических повтора ± стандартное отклонение (SD).