Reescribir el metabolismo central del carbono de la levadura para la producción industrial de isoprenoides

Área de la Ciencia:

• Ingeniería metabólica
• Biología sintética
• Biotecnología industrial

Sus antecedentes:

• El desarrollo de una economía biológica requiere alternativas sostenibles a los productos derivados del petróleo.
• Saccharomyces cerevisiae fue diseñado previamente para la producción de ácido artemísico, pero su vía isoprenoide nativa limita la escalabilidad industrial.
• El beta-farneseno (C15H24), un sesquiterpeno, tiene diversas aplicaciones industriales, pero se enfrenta a desafíos de producción en la levadura.

Objetivo del estudio:

• Mejorar la producción de betafarneseno en Saccharomyces cerevisiae mediante la optimización del metabolismo central del carbono.
• Mejorar la eficiencia de la biosíntesis de la coenzima A (acetil-CoA), un precursor clave de los isoprenoides.
• Para superar las limitaciones en el rendimiento, la productividad y los requisitos de oxígeno para la fermentación a escala industrial.

Principales métodos:

• Reconectar el metabolismo central del carbono en S. cerevisiae utilizando cuatro reacciones metabólicas no nativas.
• Ingeniería para mejorar la producción de acetil-CoA citosólico con reducción de la pérdida de ATP y CO2.
• Mejorar el equilibrio redox de la vía para una biosíntesis más eficiente.
• Evaluación del rendimiento de las cepas de ingeniería en condiciones de fermentación industrial.

Principales resultados:

• Las cepas de levadura modificadas produjeron un 25% más de betafarneseno de la misma cantidad de azúcar en comparación con las cepas de control.
• Las cepas modificadas requerían un 75% menos de oxígeno, reduciendo significativamente los costos de fermentación.
• El crecimiento robusto y el rendimiento estable de betafarneseno (> 15% en volumen) se mantuvieron durante dos semanas en condiciones industriales.
• El recableado metabólico redujo los requerimientos de ATP y la pérdida de carbono a CO2.

Conclusiones:

• El recableado del metabolismo central de la levadura es una estrategia viable para la producción a gran escala y rentable de moléculas derivadas del acetil-CoA como el beta-farneseno.
• Las cepas modificadas demuestran una mayor eficiencia y productividad adecuadas para aplicaciones industriales.
• Este enfoque ofrece una alternativa sostenible para la producción de productos químicos valiosos, reduciendo la dependencia del petróleo.