Heterologous production of the epoxycarotenoid violaxanthin in Saccharomyces cerevisiae
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Date
2020
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Abstract
La producción de carotenoides en microorganismos se ha centrado en moléculas clásicas como β-caroteno, licopeno y astaxantina. Sin embargo, existen carotenoides menos estudiados que también poseen interesantes propiedades y aplicaciones. Este es el caso de la violaxantina, un epoxicarotenoide presente en plantas, que posee una potente actividad antioxidante y es precursor de otras moléculas de interés comercial como la β-damascenona y la fucoxantina. En este trabajo se reportan por primera vez cepas de levadura productoras de epoxicarotenoides. Para esto, utilizando herramientas de ingeniería metabólica a varios niveles, se construyeron cepas de la levadura Saccharomyces cerevisiae capaces de producir violaxantina. En primer lugar, partiendo de una cepa β-carotenogénica, se evaluaron enzimas β-caroteno hidroxilasas (CrtZ/CrtR-b2) y zeaxantina epoxidasas (ZEP) de diferentes especies, en conjunto con sus versiones truncadas en diversas posiciones aminoterminales. El mejor desempeño se logró con la expresión combinada de una CrtZ de Pantoea ananatis y una ZEP truncada de Haematococcus lacustris, llevando a un rendimiento de violaxantina de 1.6 mg/gDCW. Posteriormente, con el objetivo de incrementar la actividad epoxidasa, se co-expresaron diferentes sistemas accesorios de oxidorreducción, que promueven la transferencia de equivalentes reductores hacia la enzima ZEP. La co-expresión de una ferredoxina-3 truncada y una ferredoxina oxidorreductasa-1 truncada incrementó el rendimiento de biosíntesis de violaxantina en 2.2 veces (3.5 mg/gDCW). Finalmente, un aumento en el número de copias de los genes carotenogénicos permitió incrementar el rendimiento de este carotenoide a 7.3 mg/gDCW, que corresponde al mejor rendimiento de violaxantina producida en microrganismos reportado hasta la fecha.
Description
Tesis (Doctor in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2020