Heterologous Metabolic Pathways: Strategies for Optimal Expression in Eukaryotic Hosts.

N M Markina,A S Tsarkova,A A Kotlobay

doi:10.32607/actanaturae.10966

Abstract

Heterologous pathways are linked series of biochemical reactions occurring in a host organism after the introduction of foreign genes. Incorporation of metabolic pathways into host organisms is a major strategy used to increase the production of valuable secondary metabolites. Unfortunately, simple introduction of the pathway genes into the heterologous host in most cases does not result in successful heterologous expression. Extensive modification of heterologous genes and the corresponding enzymes on many different levels is required to achieve high target metabolite production rates. This review summarizes the essential techniques used to create heterologous biochemical pathways, with a focus on the key challenges arising in the process and the major strategies for overcoming them.

Highlights

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИНЖЕНЕРИИ ВЕКТОРОВ Выбор необходимого вектора для переноса генов метаболического пути во многом определяется организмом-хозяином планируемой гетерологической экспрессии
Miller J.C., Holmes M.C., Wang J., Guschin D.Y., Lee Y.L., Rupniewski I., Beausejour C.M., Waite A.J., Wang N.S., Kim K.A., et al // Nat. Biotechnol

Summary

Неприхотливые быстрорастущие одноклеточные организмы

Высокие уровни экспрессии белка Простое регулирование типа размножения клеток (половое или бесполое) Наличие типичных ферментов фолдинга белков и посттрансляционных модификаций Наличие надежных инструментов генетической манипуляции Способность экспрессировать мембранные ферменты и секретируемые белки Признаны безопасными (GRAS) (т.е. не вырабатывают высокотоксичных или онкогенных веществ). Высокие уровни экспрессии белка Простое регулирование типа размножения клеток (половое или бесполое) Наличие типичных ферментов фолдинга белков и посттрансляционных модификаций Наличие надежных инструментов генетической манипуляции Способность экспрессировать мембранные ферменты и секретируемые белки Признаны безопасными (GRAS) Потенциальное избыточное N-гликозилирование, способное привести к снижению функции белка Жесткая клеточная стенка Малое разнообразие нативных вторичных метаболитов, затрудняющее выбор надлежащих предшественников. Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris (Komagataella), Candida boidinii, Hansenula polymorpha, Pichia methanolica, Yarrowia lipolytica

Мицелиальные грибы

Высокоэффективные методы вирусной трансдукции

CoA NADPH NADH