Production of taxol precursors with yeast cell factories

Abstract

Taksol Taxus brevifolia tarafından üretilen önemli bir anti-kanser ajandır. Bitkilerde istenilen maddenin üretiminde değişimler görülmesi ve üretimin istikrarsız olmasından dolayı üretim işleminin devamlı ve daha ekonomik olması için, farklı bir kaynağa gereksinim vardır. Bir çok isoprenoid bileşiğin Saccharomyces cerevisiae' da üretimi başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiş ve metabolizma mühendisliği çalışmaları kullanılarak, mevalonat yolağında düzenlemeler yapılıp, verimli sonuçlar alınmıştır. Taksolde, yine bu yolla S. cerevisiae' da üretilebilmiştir. Mayada, mevalonat yolağında metabolizma mühendisliği çalışılarak Taksol'ün öncü molekülü olan Taksadien'in üretimini arttırmak için pek çok girişimde bulunulmuştur. Bu çalışmada ise; S.cerevisiae'da taksadien miktarını arttırmak için farnesil difosfat sentaz (ERG20), taksadien sentaz (TS) ve geranyl geranyl diphosphate sentaz (GGPPS) genleri 5 epizomal plazmit ile S. cerevisiae'ya transfer edilmiştir. S.cerevisiae'da taksadien üretimi için GGPPS genleri Taxus canadensis, Sulfolobus acidophilus, Taxus baccata, ve Taxus cuspidata olmak üzere dört farklı suştan elde edilmiş ve taksadien üretimi için en etkili gen belirlenmeye çalışılmıştır. Referans suş ile karşılaştırıldığında Sulfolobus acidophilus'tan alınan GGPPS ile, ERG20, ve TS genleri içeren suşun ile çalkalamalı kültürde taksadien üretiminin kontrol suşa oranla 31 kat arttığı belirlenmişti.

Taxol is an important anticancer agent that is naturally produced by plant. As the plants yield is not consistent and is subjected to fluctuations, the need for another source became a must to make the production process more economical and consistent. Many isoprenoid compounds have been successfully produced in S. cerevesiae and reached good yields through modifying the mevalonate pathway by metabolic engineering tools. Taxol, in the same way, can be produced in Saccharomyces cerevesiae. Taxadiene is a precursor to Taxol and there have been many attempts to increase its yield in yeast through engineering the mevalonate pathway. In this study, in order to increase taxadiene yield in S. cerevesiae, farnesyl diphosphate synthase (ERG20), taxadeine synthase (TS) and geranyl geranyl diphosphate synthase (GGPPS) genes were introduced into S. cerevesiae via episomal plasmids. Effect of GGPSS genes from four different strains; Taxus canadensis, Sulfolobus acidophilus, Taxus baccata, and Taxus cuspidata was investigated to select best GGPPS gene for producion of taxadiene in S. cerevesiae. In comparison to the to the reference strain Taxadiene production increased by 31 folds by strain contained overexpressed GGPPS gene from Sulfolobus acidophilus, ERG20 and TS genes.