Jästceller kan användas för hållbar produktion av livsmedelsingredienser, kemikalier, bränsle och läkemedel. Ett område med stor potential är produktion av fettsyror där konventionella alternativ, till exempel palmoljeindustrin, påverkar klimat och miljö negativt genom storskalig skogsskövling i känsliga områden. I en ny studie presenterar forskare vid Chalmers en ny lösning för hur jästceller kan designas för effektiv produktion av fettsyror. Resultaten har potential att kunna användas för att hitta nya läkemedel för behandling av till exempel cancer.
Idag använder man jästceller, oftast bagerijäst Saccharomyces cerevisiae, som så kallade cellfabriker för att tillverka kemikalier, läkemedel och andra biobaserade produkter. För att kunna konkurrera med traditionella industriella metoder måste cellfabrikerna designas genetiskt för att bli effektiva och robusta.
Glykolys utbytt mot fettsyreproduktion
I en ny studie, publicerad i den vetenskapliga tidskriften Cell, visar professor Jens Nielsens grupp på avdelningen för systembiologi vid Chalmers hur de lyckades inaktivera den centrala reaktionskedjan glykolysen i jäst och bytte ut den mot en reaktionsväg för fettsyreproduktion.
Glykolysen har utvecklats under miljontals år och är huvudsaklig källa till att generera energi i nästan alla levande organismer. Människoceller och bakterier använder sig av glykolysen för att omvandla sockerarter till energi – och jästceller är mycket effektiva när det gäller att använda glykolysen för att omvandla sockerarter till etanol. När jäst designas genetiskt för att anpassas för effektiv industriellproduktion är en av de största utmaningarna att förhindra dem att också tillverka biprodukten etanol i processen.
− Först var vårt syntetiska alternativ för fettsyreproduktion inte alls särskilt effektivt jämfört med glykolysen, men genom att vi utförde ytterligare försök lyckades vi göra den tillräckligt effektiv för att vi skulle se celltillväxt, säger Ning Qin, förstaförfattare till studien.
Forskarna använde sig av konceptet adaptiv evolution, anpassning, där de letade efter mutationer som leder till snabbare tillväxt av jästcellerna. Genom att undersöka genomet vidare, med så kallad sekvensering, kunde man sedan hitta de mutationer som var kandidater till att påverka tillväxten – och dessa utvärderades en och en. På så sätt hittade man en ny, tidigare okänd mekanism som reglerar tillväxt av celler.
Kunskap som kan bidra till läkemedelsutveckling
− Förutom att skapa en helt ny syntetisk väg för metabolism av sockerarter, där cellerna omvandlar dem till fettsyror, ledde vår studie oss till ny insikt om hur jäst reglerar sin metabolism, säger forskningsledare Jens Nielsen, professor i systembiologi.
Han fortsätter:
− Vår upptäckt kan ha leda till större förståelse för hur energi genereras i många olika slags celler, inklusive mänskliga celler. Den kunskapen är särskilt viktig när det gäller att hitta nya läkemedel som slår ut cancerceller. Cancerceller är helt beroende av glykolys för att generera energi och därmed överleva.
Läs studien i Cell: Flux regulation through glycolysis and respiration is balanced by inositol pyrophosphate in yeast
Mer om Jens Nielsens forskning
Kontakt
- Professor, Systembiologi, Life Sciences