Mejora de la capacidad metabólica microbiana mediante variaciones estructurales intensas inducidas por haces de...

Área de la Ciencia:

• Biotecnología microbiana
• Genómica e ingeniería genética
• Metabolómica y descubrimiento de productos naturales.

Sus antecedentes:

• Los metabolitos de molécula pequeña son recursos farmacéuticos cruciales que requieren una producción microbiana escalable.
• La variación genética eficiente, particularmente las variantes estructurales (SV), es esencial para la mejora de cepas microbianas, pero es difícil de inducir.
• Los métodos de mutagénesis existentes luchan por equilibrar la inducción de roturas de doble cadena (DSB) con la preservación celular para mejorar los rendimientos de metabolitos.

Objetivo del estudio:

• Comparar sistemáticamente seis tecnologías de irradiación para inducir variación genética en cepas microbianas.
• Identificar un método que induzca eficientemente DSB y SV manteniendo la integridad celular para mejorar la producción de metabolitos.
• Aprovechar este método para descubrir nuevos metabolitos secundarios y mejorar los rendimientos de compuestos conocidos.

Principales métodos:

• Comparación sistemática de seis tecnologías de irradiación en Streptomyces lividans 1326.
• Identificación y aplicación de haces de electrones pulsados de alta energía (HEPE) para inducir DSB y SV.
• Integración de HEPE con metabolómica de alto rendimiento (HEPE-HiTMS) para análisis y descubrimiento de metabolitos.

Principales resultados:

• Se identificaron los haces de electrones pulsados de alta energía (HEPE) como un método eficaz para inducir roturas de doble cadena (DSB) y variantes estructurales (SV) extensas con una citotoxicidad mínima.
• El tratamiento con HEPE remodeló las secuencias del genoma y la estructura de la cromatina 3D, lo que condujo a la activación de la producción de metabolitos secundarios.
• HEPE-HiTMS permitió el descubrimiento de dos nuevos metabolitos secundarios con enlaces C-N inusuales y aumentó significativamente los rendimientos de ácido clavulánico, microcina J25 y lovastatina.

Conclusiones:

• HEPE es una herramienta poderosa para inducir SV con alta eficiencia y baja citotoxicidad, superando a los métodos convencionales.
• Esta tecnología mejora significativamente el desarrollo de cepas microbianas para la producción industrial de metabolitos.
• HEPE facilita el descubrimiento de metabolitos crípticos y acelera el desarrollo de fábricas celulares microbianas.