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Mass Spectrometry-Guided Genome Mining as a Tool to Uncover Novel Natural Products
11:13

Mass Spectrometry-Guided Genome Mining as a Tool to Uncover Novel Natural Products

Published on: March 12, 2020

Una estrategia efectiva para explorar vías metabólicas desconocidas mediante la minería del genoma.

Dorianne A Castillo1, Mariya D Kolesnikova, Seiichi P T Matsuda

  • 1Department of Chemistry, Rice University, Houston, Texas 77005, USA.

Journal of the American Chemical Society
|April 11, 2013
PubMed
Resumen

Los investigadores desarrollaron una estrategia de minería del genoma para explorar las vías metabólicas de las plantas no caracterizadas. Este método identificó y caracterizó con éxito los nuevos triterpenoides utilizando el citocromo P450 de Arabidopsis thaliana.

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Área de la Ciencia:

  • Bioquímica y metabolomía de las plantas.
  • La genómica y la bioinformática.
  • Biología sintética e ingeniería metabólica.

Sus antecedentes:

  • Las plantas poseen vías metabólicas especializadas extensas, pero en gran medida no caracterizadas, que utilizan una parte significativa de su proteoma.
  • Los triterpenoides son una clase de metabolitos especializados de plantas con diversas actividades biológicas, pero sus vías de biosíntesis no están completamente aclaradas.
  • Comprender estas vías es crucial para descubrir nuevos compuestos e ingeniería de capacidades metabólicas.

Objetivo del estudio:

  • Desarrollar y demostrar una estrategia de minería genómica para explorar las rutas metabólicas especializadas de plantas desconocidas.
  • Para caracterizar funcionalmente tres enzimas del citocromo P450 involucradas en la biosíntesis de triterpenoides en la Arabidopsis thaliana.
  • Establecer un sistema de expresión heterólogo para la producción in vivo y el análisis de metabolitos vegetales.

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Principales métodos:

  • Minería del genoma utilizando el agrupamiento de genes y el análisis de la coexpresión para identificar a los candidatos al citocromo P450s.
  • Expresión heteróloga de ciclasas vegetales y P450 candidatos en levadura para la producción de metabolitos in vivo.
  • Técnicas analíticas avanzadas que incluyen imágenes cuantitativas de alta sensibilidad (HSQC) y cromatografía de gases y espectrometría de masas (GC-MS) para la identificación de metabolitos y elucidación de la estructura.
  • Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) para la determinación definitiva de la estructura.

Principales resultados:

  • El sistema de levadura heterólogo produjo cantidades de miligramos por litro de metabolitos vegetales, simplificando el análisis en comparación con los complejos extractos vegetales.
  • El análisis de HSQC demostró ser eficaz en la resolución de nuevos productos P450 en medio de una compleja mezcla de metabolitos de levadura.
  • El estudio caracterizó con éxito tres citocromo P450 de Arabidopsis thaliana, aclarando sus roles en la oxidación de triterpenoides específicos (talianol, arabidiol, marneral).

Conclusiones:

  • La estrategia de minería del genoma desarrollada es una herramienta poderosa para explorar vías metabólicas no caracterizadas en las plantas.
  • La expresión heteróloga en la levadura proporciona una plataforma viable para descubrir y caracterizar nuevos metabolitos especializados de plantas.
  • El destino metabólico de los principales productos de la triterpenoide sintasa en Arabidopsis thaliana ahora se entiende significativamente mejor, allanando el camino para futuras investigaciones.