Reingeniería de Vías Metabólicas de Esteroides para la Producción de Diosgenina en Solanum nigrum

Área de la Ciencia:

• Bioquímica Vegetal
• Ingeniería Metabólica
• Síntesis de Productos Naturales

Sus antecedentes:

• La diosgenina es un precursor vital para la síntesis de fármacos esteroideos como corticosteroides y hormonas sexuales.
• La producción comercial actual depende de los tubérculos de Dioscorea spp., lo que requiere fuentes alternativas para una producción mejorada.
• Solanum nigrum acumula compuestos esteroideos, lo que sugiere su potencial como plataforma de producción de diosgenina.

Objetivo del estudio:

• Investigar Solanum nigrum como un huésped novedoso para la producción de diosgenina.
• Elucidar las vías metabólicas implicadas en la biosíntesis de glicocalcoides esteroideos (GAE) y saponinas esteroideas (AES) en S. nigrum.
• Modificar genéticamente S. nigrum para aumentar el rendimiento de diosgenina.

Principales métodos:

• Caracterización de las vías de biosíntesis de GAE y AES en S. nigrum, centrándose en las enzimas CYP450 (SnGAME4) y 3β-hidroxiesteroide deshidrogenasa/isomerasa (SnGAME25).
• Interrupción genética de SnGAME4 y SnGAME25 para alterar el flujo metabólico.
• Identificación de glucosidasas endógenas y aplicación de fermentación espontánea para convertir furostanos en estructuras espirostano.
• Modificación genética de S. nigrum para aumentar el número de frutos y combinación con la mutación de SnGAME4.

Principales resultados:

• Solanum nigrum acumula de forma natural GAEs (tipo espirostano) en frutos verdes y AES (tipo furostano) en hojas.
• La interrupción de SnGAME4 y SnGAME25 desvió el metabolismo hacia glicósidos de tipo furostano, produciendo baja cantidad de diosgenina tras la hidrólisis.
• La conversión de furostano a estructuras espirostano mediante fermentación y actividad enzimática aumentó el rendimiento de diosgenina.
• Los frutos verdes de Solanum nigrum alcanzaron hasta el 1% de diosgenina en peso seco.
• El S. nigrum modificado genéticamente con un mayor número de frutos y mutación de SnGAME4 mostró un potencial de producción de diosgenina mejorado.

Conclusiones:

• Solanum nigrum es un huésped alternativo prometedor y escalable para la producción de diosgenina.
• Las estrategias de ingeniería metabólica y fermentación pueden optimizar el rendimiento de diosgenina a partir de S. nigrum.
• Este estudio establece una base para la utilización de S. nigrum en la síntesis industrial de precursores de esteroides.