Одностадийная биотрансформация фитостерина в тестостерон рекомбинантными штаммами Mycolicibacterium neoaurum

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Конститутивная гетерологичная экспрессия в штаммах Mycolicibacterium neoaurum, продуцентах ценных С19-стероидов, генов, кодирующих грибную 17β-гидроксистероиддегидрогеназу (17β-ГСД), ответственную за восстановление кислородного заместителя в стероидном ядре по положению С-17, и микобактериальную глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу (Г6ФД), способствующую синтезу кофермента НАД(Ф)Н, необходимого для активности 17β-ГСД, позволило существенно повысить выход С-17 гидроксистероидов: тестостерона (Т) и 1(2)-дегидротестостерона (дТ). При этом рекомбинантные штаммы, созданные на основе M. neoaurum ВКМ Ас-1815D и M. neoaurum NRRL B-3805 Δ kstD, накапливали преимущественно Т, а M. neoaurum ВКМ Ас-1816D ‒ одновременно Т и дТ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. Н. Текучева

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФИЦ “Пущинский научный центр биологических исследований РАН”

Автор, ответственный за переписку.
Email: tekuchevadn@gmail.com
Россия, Пущино, 142290

М. В. Карпов

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФИЦ “Пущинский научный центр биологических исследований РАН”

Email: tekuchevadn@gmail.com
Россия, Пущино, 142290

В. В. Фокина

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФИЦ “Пущинский научный центр биологических исследований РАН”

Email: tekuchevadn@gmail.com
Россия, Пущино, 142290

Т. И. Тимакова

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФИЦ “Пущинский научный центр биологических исследований РАН”

Email: tekuchevadn@gmail.com
Россия, Пущино, 142290

А. А. Шутов

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФИЦ “Пущинский научный центр биологических исследований РАН”

Email: tekuchevadn@gmail.com
Россия, Пущино, 142290

М. В. Донова

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФИЦ “Пущинский научный центр биологических исследований РАН”

Email: tekuchevadn@gmail.com
Россия, Пущино, 142290

Список литературы

  1. Карпов М.В., Николаева В.М., Фокина В.В., Шутов А.А., Казанцев А.В., Стрижов Н.И., Донова М.В. Конструирование и функциональный катализ рекомбинантных штаммов Mycolicibacterium smegmatis, несущих гена бациллярных цитохромов CYP106A1 и CYP106A2 // Биотехнология. 2021. Т. 37. № 6. С. 34‒37.
  2. Karpov M.V., Nikolaeva V.M., Fokina V.V., Shutov A.A., Kazantsev A.V., Strizhov N.I., Donova M.V. Creation and functional analysis of Mycolicibacterium smegmatis recombinant strains carrying the bacillary cytochromes CYP106A1 and CYP106A2 genes // Appl. Biochem. Microbiol. 2022. V. 58. P. 947–957.
  3. Пошехонцева В.Ю., Стрижов Н.И., Карпов М.В., Николаева В.М., Казанцев А.В., Сазонова О.И., Шутов А.А., Донова М.В. Экспрессия синтетического гена CYP102A1-LG23 и функциональный анализ рекомбинантного цитохрома P450 BM3-LG23 в актинобактериях Mycolicibacterium smegmatis // Биохимия. 2023. Т. 88. С. 1631‒1641.
  4. Poshekhontseva V.Y., Strizhov N.I, Karpov M.V., Nikolaeva V.M., Kazantsev A.V., Sazonova O.I., Shutov A.A., Donova M.V. Expression of synthetic cyp102A1-LG23 gene and functional analysis of recombinant cytochrome P450 BM3-LG23 in the actinobacterium Mycolicibacterium smegmatis // Biochemistry (Moscow). 2023. V. 88. P. 1347‒1355.
  5. Borrego S., Niubó E., Ancheta O., Espinosa M.E. Study of the microbial aggregation in Mycobacterium using image analysis and electron microscopy // Tissue Cell. 2000. V. 32. P. 494–590.
  6. Bragin E., Shtratnikova V., Dovbnya D., Schelkunov M., Pekov Y., Malakho S., Egorova O., Ivashina T., Sokolov S., Ashapkin V., Donova M. Comparative analysis of genes encoding key steroid core oxidation enzymes in fast-growing Mycobacterium spp. Strains // J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 2013. V. 138. P. 41–53.
  7. Daffe M., McNeil M., Brennan P.J. Major structural features of the cell wall arabinogalactans of Mycobacterium, Rhodococcus, and Nocardia spp. // Carbohydr. Res. 1993. V. 249. P. 383–398.
  8. Donova M.V. Current trends and perspectives in microbial bioconversions of steroids // Microbial Steroids. Methods in Molecular Biology / Eds. Barreiro C., Barredo J.L.: New York: Humana Press., 2023. V. 2704. P. 3‒21.
  9. Egorova O., Nikolayeva V., Sukhodolskaya G., Donova M. Transformation of C19-steroids and testosterone production by sterol-transforming strains of Mycobacterium sp. // J. Mol. Catal. B. Enzym. 2009. V. 57. P. 198–203.
  10. Fernandez-Cabezon L., Galan B., Garcia J.L. Engineering Mycobacterium smegmatis for testosterone production // Microb. Biotechnol. 2017. V. 10. P. 151–161.
  11. Fufaeva S., Dovbnya D., Ivashina T., Shutov A., Donova M. Reconstruction of steroid 1(2)-dehydrogenation system from Nocardioides simplex VKM Ac-2033D in Mycolicibacterium hosts // Microorganisms. 2023. V. 11. Art. 2720.
  12. Garcia J.L., Uhia I., Galan B. Catabolism and biotechnological applications of cholesterol degrading bacteria // Microb. Biotechnol. 2012. V. 5. P. 679–699.
  13. He K., Sun H., Song H. Engineering phytosterol transport system in Mycobacterium sp. strain MS136 enhances production of 9-hydroxy-4-androstene-3,17-dione // Biotechnol. Lett. 2018. V. 40. P. 673–678.
  14. Hung B., Falero A., Llanes N., Pérez C., Ramirez M.A. Testosterone as biotransformation product in steroid conversion by Mycobacterium sp. // Biotechnol. Lett. 1994. V. 16. P. 497–500.
  15. Kumar R., Dahiya J.S., Singh D., Nigam P. Biotransformation of cholesterol using Lactobacillus bulgaricus in a glucose-controlled bioreactor // Bioresour. Technol. 2001. V. 78. P. 209–211.
  16. Lo C.K., Pan C.P., Liu W.H. Production of testosterone from phytosterol using a single-step microbial transformation by a mutant of Mycobacterium sp. // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2002. V. 28. P. 280–283.
  17. Loraine J.K., Smith M.C.M. Genetic techniques for manipulation of the phytosterol biotransformation strain Mycobacterium neoaurum NRRL B-3805 // Microbial Steroids. Methods in Molecular Biology / Eds. Barredo J.L., Herráiz I. New York, NY: Springer New York, 2017. V. 1645. P. 93–108.
  18. Shao M., Zhao Y., Liu Y., Yang T., Xu M., Zhang X., Rao Z. Intracellular environment improvement of Mycobacterium neoaurum for enhancing androst-1,4-diene-3,17-dione production by manipulating NADH and reactive oxygen species levels // Molecules. 2019. V. 24. P. 3841.
  19. Strizhov N., Karpov M., Sukhodolskaya G., Nikolayeva V., Fokina V., Shutov A., Donova M. Development of mycobacterial strains producing testosterone // Proc. Natl. Acad. Sci. Belarus. Chemical Series. 2016. № 3. P. 57‒58.
  20. Su L., Shen Y., Gao T., Cui L., Luo J., Wang M. Regulation of NAD (H) pool by overexpression of nicotinic acid phosphoribosyltransferase for AD (D) production in Mycobacterium neoaurum // Lect. Notes Electr. Eng. 2018. V. 444. P. 357–364.
  21. Szentirmai A. Microbial physiology of sidechain degradation of sterols // J. Ind. Microbiol. 1990. V. 6. P. 101‒116.
  22. Tekucheva D.N., Nikolayeva V.M., Karpov M.V., Timakova T.A., Shutov A.V., Donova M.V. Bioproduction of testosterone from phytosterol by Mycolicibacterium neoaurum strains: “one-pot”, two modes // Bioresour. Bioprocess. 2022. V. 9. P. 116.
  23. Xiong L.B., Liu H.H., Zhao M., Liu Y.J., Song L., Xu Y.X., Wang F.Q., Wei D.Z. Enhancing the bioconversion of phytosterols to steroidal intermediates by the deficiency of kasB in the cell wall synthesis of Mycobacterium neoaurum // Microb. Cell Factories. 2020. V. 19. P. 1–11.
  24. Zhou X., Zhang Y., Shen Y., Zhang X., Zan Z., Xia M., Luo J., Wang M. Efficient repeated batch production of androstenedione using untreated cane molasses by Mycobacterium neoaurum driven by ATP futile cycle // Bioresour. Technol. 2020. V. 309. P. 123307.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Трансформация 5 г/л фитостерина родительскими штаммами M. neoaurum ВКМ Ас-1816D (1б), ВКМ Ас-1815D (2б), NRRL B-3805 ΔkstD (3б) и рекомбинантными штаммами, несущими бицистронную генетическую конструкцию под регуляцией конститутивного промотора, созданными на их основе (1а, 2а, 3а, соответственно). Вертикальной пунктирной чертой обозначен момент перехода из окислительного в восстановительный режим. 1 — Т; 2 — АД; 3 — АДД; 4 — дТ.

Скачать (179KB)
Метаданные
3. Рис. S1. Структура рекомбинантной плазмиды pMVN 2٥. Синтетические гены, кодирующие ١٧β-ГСД из Cochliobolus lunatus (17beta-HSDCl) и бактериальную Г6ФДГ 2 типа из Mycobacterium tuberculosis H37Rv (G6PDMt2), были клонированы в векторе pMV261N под контролем конститутивного промотора Phsp60. Плазмида содержит кассету устойчивости к канамицину (KanR) и точки начала репликации в клетках E.coli (oriE) и микобактериях (oriM).

Скачать (81KB)
Метаданные
4. Рис. S 2. Динамика роста родительских штаммов M. neoaurum ВКМ Ас-١٨١٥D (١), Ас-١٨١٦D ( 2), NRRL B-٣٨٠٥ ΔkstD (3) и рекомбинантных штаммов, созданных на их основе путем трансформации плазмидой pMVN25 (N25)

Скачать (136KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024