Ingeniería de vías metabólicas en bacterias para producción de compuestos aromáticos de...
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Ingeniería de vías metabólicas en bacterias para producción de compuestos aromáticos de interés
industrial
Dr. Adelfo Escalante. Investigador Titular
Departamento de Ingeniería Celular y Biocatálisis, Instituto de Biotecnología, UNAM.
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• Biotecnología: una serie de procesos por los cuales un organismo es manipulado, particularmente a nivel genético para la obtención de productos de interés.
Definiciones
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Producto de interés
Producción
Cepa (sobre) productora (modificada genéticamente)
Selección del microorganismo
productor
Análisis in silico Ingeniería de vías metabólicas
Datos -ómicos
Fermentación y downstream porcesses
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Ingeniería de Vías Metabólicas
Modificación directa de las propiedades celulares a través de la modificación de reacciones bioquímicas específicas o la introducción de otras nuevas, por medio del uso de la tecnología del ADN recombinante
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Corismato sintasa aroC
3-Fosfoshikimato-1-carboxiviniltransferasa
aroA
Glu
cosa
Glucosa-6-P
2 Fosfoenolpiruvato
Piruvato
SHK
Corismato
PTS
DAHP SintasaaroF, aroG, aroH
DAHPShikimato
cinasaI y II
aroK, aroL
DHQ DHS3-Dehidroquinato
Sintasa aroB
Shikimatodeshidrogenasa
aroE
Transcetolasa I tktA
Vía de laspentosas fosfato
Eritrosa-4-P
SHK-3-P
EPSHK-3-P
FenilalaninaTirosina
Triptofano
Vía de síntesisde aminoácidos
aromáticos
Piruvato cinasaI y II
pykF, pykA
FosfoenolpiruvatosintasappsA
Piruvato
3-Dehidroquinato deshidratasa
aroD
TCA
Glucólisis
Metabolismocentral de carbono y vía de síntesis
aromáticos en E. coli JM101
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CHA ANT
PRE
HPP
L-TYR
Salvianic acid
4-Hydroxyphenylacetate
3,4-Dihydroxyphenylpyruvate
L-PHE
Cinnamic acid
Cinnamoyl-CoA
Pinocembrin chalcone
2S-Pinocembrin
Malonate
Malonyl-CoA
4-Coumaric acid Coumaroyl-CoA
Caffeic acid
Ferulic acid
Caffeoyl-CoA
L-TRP Indole-3-pyruvic acid imine
Protodeoxyviolacein acid
ViolaceinDeoxyviolacein
Malonate
Malonyl-CoA
Resveratrol
vioAvioB
vioCvioD
vioC
TALCoum3H Sam5
COM
4CLCoum3H
Thioesterase
matB
Malonate
matC
STS
ldh
hpaBC
hpaBC
ldh
Malonate
matC
matB
PAL
4CL
CHSCHS
CHI
vioE
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NH2
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OHO
H
O
O
CH3
CH3
H
CH3
OH
CH3
CH3
OH
OH
CH3
OH
OH
OHO
OH
OO
O
CH3
H3C
H3C
NH O
NH2
O
O
OH
OH
OBz
Bz
OH
OH
OH
O
O
NH
Pt
NH
OH
OH
OH
O
O
SA(-)- Valiolamina
Inhibidor de glicosidasa
(retrasa la digestión de azúcares, tratamiento de hiperglucemia)
3,4-oxo-isopropilideno- SA
Actividad antitrombótica, posible efecto
anticancérigeno y anti-inflamatorio
OSF
Inhibidor de NA de virus de influenza
[Pt(dach)(SA)2]
Compuesto activo vs leucemia L1210
(-)- Zeylenone
Actividad antiviral, anticancerígena y
antibiótico
1, dihidroxi-19- Nor previtamina D3
Favorece la fijación de calcio en huesos, tratamiento vs osteroporosis
POHO
HO OH
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Proceso de síntesisquímica
SHKOseltamivir fosfato:
Inhibidor de la neuraminidasa tipo I (NI)de virus de influenza estacional A y B,
Virus de influenza aviar (H5N1) y de virus de influenza humana A(H1N1) y A(H3N2)
Shikimato, precursor para la síntesis de oseltamivir fosfato
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HA
NA
Célula blanco
AS
Endosoma
Núcleo
Inhibidoresde NA
Gemación
Corte de receptores de AS por NA
RNA viral
Mecanismo de infección de virus de influenza e inhibición de neuraminidasas por OSF
Cortés-Tolalpa et al. 2011. Biotecnología. 15(1)
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Anís estrella chino(Illicium sp)
Shikimato(2-7% en frutos de anís estrella chino)
OSF
Producción de OSF a partir de shikimato
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Ingeniería de vías metabólicas en E. coli para la producción de shikimato por sistemas de
fermentación.
Ante la necesidad de contar con estrategias propias de producción de compuestos antivirales (OSF):
• Construcción de cepas de E. coli sobreproductoras de SHK y evaluación en fermentador (FBZ-AE)
• Extracción de SHK a partir de caldos de fermentación (ALM)
• Escalamiento del proceso (OTR)• Desarrollo de un proceso alternativo de síntesis de OSF
(MO, UAEM)
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Corismato sintasa aroC
3-Fosfoshikimato-1-carboxiviniltransferasa
aroA
Glu
cosa
Glucosa-6-P
2 Fosfoenolpiruvato
Piruvato
SHK
Corismato
PTS
DAHP SintasaaroF, aroG, aroH
DAHPShikimato
cinasaI y II
aroK, aroL
DHQ DHS3-Dehidroquinato
Sintasa aroB
Shikimatodeshidrogenasa
aroE
Transcetolasa I tktA
Vía de laspentosas fosfato
Eritrosa-4-P
SHK-3-P
EPSHK-3-P
FenilalaninaTirosina
Triptofano
Vía de síntesisde aminoácidos
aromáticos
Metabolismocentral de carbono
Piruvato cinasaI y II
pykF, pykA
FosfoenolpiruvatosintasappsA
Piruvato
3-Dehidroquinato deshidratasa
aroD
TCA
Glucólisis
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JM101(silvestre) = 0.71
PB11PTS- Glc-
= 0.11
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JM101(silvestre) = 0.71
PB11PTS- Glc-
= 0.11
PB12PTS- Glc+
= 0.4
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OmpC
LamBGalP
Glucosa Glucosa
PERIPLASMACITOPLASMA
OmpF
H+
Glucosa + H+Gluc-6-PGlucocinasa
ATPADP
JM101(silvestre) = 0.71
PB11PTS- Glc-
= 0.11
PB12PTS- Glc+
= 0.4
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Corismato sintasa aroC
3-Fosfoshikimato-1-carboxiviniltransferasa
aroA
Glu
cosa
Glucosa-6-P
2 Fosfoenolpiruvato
Piruvato
SHK
Corismato
GalP
DAHP SintasaaroF, aroG, aroH
DAHPShikimato
cinasaI y II
aroK, aroL
DHQ DHS3-Dehidroquinato
Sintasa aroB
Shikimatodeshidrogenasa
aroE
Transcetolasa I tktA
Vía de laspentosas fosfato
Eritrosa-4-P
SHK-3-P
EPSHK-3-P
FenilalaninaTirosina
Triptofano
Piruvato cinasaI y II
pykF, pykA
FosfoenolpiruvatosintasappsA
3-Dehidroquinato deshidratasa
aroD
TCA
Glucocinasa glk
Metabolismocentral de carbono y vía de síntesis
aromáticos en E. coli PB12
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Glu
cosa
Glucosa-6-P
[FosfoenolPiruvato]
Piruvato
GalP
DAHP SintasaaroF, aroG, aroH
[DAHP] [DHQ] DHS3-Dehidroquinato
Sintasa aroB
Shikimatodeshidrogenasa
aroE
Transcetolasa I tktA
Vía de laspentosas fosfato
[Eritrosa-4-P]
Inactivación sencilla dePiruvato cinasa
I o IIpykF, pykA
FosfoenolpiruvatosintasappsA
3-Dehidroquinato deshidratasa
aroD
TCA
Glucocinasa glk
[SHK]
Transformación c/pJLBaroGfbr tktA
Transformación c/pTOPOaroB aroE
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Cultivos de 500mL:Medio mineral + 25 g/L glucosa+ 15 g/L extracto de levadura37°C500 rpm20% de OD10 mM IPTGCultivos 50 h
Cuantificación:BiomasaConsumo de glucosaProducción de DAHP, DHS, SA, GA
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![Page 21: Ingeniería de vías metabólicas en bacterias para producción de compuestos aromáticos de interés industrial Dr. Adelfo Escalante. Investigador Titular Departamento.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062323/5665b4b31a28abb57c9356e0/html5/thumbnails/21.jpg)
![Page 22: Ingeniería de vías metabólicas en bacterias para producción de compuestos aromáticos de interés industrial Dr. Adelfo Escalante. Investigador Titular Departamento.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062323/5665b4b31a28abb57c9356e0/html5/thumbnails/22.jpg)
![Page 23: Ingeniería de vías metabólicas en bacterias para producción de compuestos aromáticos de interés industrial Dr. Adelfo Escalante. Investigador Titular Departamento.](https://reader035.fdocuments.mx/reader035/viewer/2022062323/5665b4b31a28abb57c9356e0/html5/thumbnails/23.jpg)
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