РЕЗЮМЕ. Рибофлавін (вітамін B2) є невід’ємним компонентом живих організмів, слугуючи попередником коферментів флавінмононуклеотиду та флавінаденіндинуклеотиду, що беруть участь у численних ферментативних реакціях, переважно в окисному метаболізмі. Дріжджі Candida famata здатні до надсинтезу рибофлавіну за умов дефіциту заліза. Метою даної роботи було конструювання рекомбінантних штамів C. famata з підвищеною продукцією рибофлавіну шляхом одночасної надекспресії трьох генів: RFE1, GND1 та RIB6, що кодують рибофлавінекскретазу, 6фосфоглюконатдегідрогеназу та 3,4дігідрокси2бутанон4фосфатсинтазу, відповідно. Експресія комбінацій двох генів, а також коекспресія трьох генів приводила до зростання продукції рибофлавіну у C. famata VKM Y9 при культивуванні на різних середовищах. Штами, з посиленою коекспресією трьох генів, характеризувалися збільшенням продукції рибофлавіну в 3,3 раза порівняно з батьківським штамом на п’ятий день культивування в середовищі з молочною сироваткою.
Ключові слова: Candida famata, рибофлавін, вітамін B2, молочна сироватка, дріжджі
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
Abbas, C.A. and Sibirny, A.A., Genetic control of biosynthesis and transport of riboflavin and flavin nucleotides and construction of robust biotechnological producers, Microbiol. Mol. Biol. Rev., 2011, vol. 75, pp. 321–360. https://doi.org/10.1128/MMBR.00030-10
Cavka, A. and Jönsson, L.J., Comparison of the growth of filamentous fungi and yeasts in lignocellulose-derived media, Biocatal. Agric. Biotechnol., 2014, vol. 3, pp. 197–204. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2014.04.003
Ding, Q. and Ye, C., Microbial cell factories based on filamentous bacteria, yeasts, and fungi, Microb. Cell Fact., 2023, vol. 22, p. 20. https://doi.org/10.1186/s12934-023-02025-1
Dmytruk, K.V. and Sibirny, A.A., Candida famata (Candida flareri), Yeast, 2012, vol. 29, pp. 453–458. https://doi.org/10.1002/yea.2929
Dmytruk, K.V., Abbas, C.A., Voronovsky, A.Y., Kshanovska, B.V., Sybirna, K.A., and Sybirny, A.A., Cloning of structural genes involved in riboflavin synthesis of the yeast Candida famata, Ukr. Biokhim. Zh. (1999), 2004, vol. 76, pp. 78–87.
Dmytruk, K.V., Voronovsky, A.Y., and Sibirny, A.A., Insertion mutagenesis of the yeast Candida famata (Debaryomyces hansenii) by random integration of linear DNA fragments, Curr. Genet., 2006, vol. 50, pp. 183–191. https://doi.org/10.1007/s00294-006-0083-0
Dmytruk, K.V., Yatsyshyn, V.Y., Sybirna, N.O., Fedorovych, D.V., and Sibirny, A.A., Metabolic engineering and classic selection of the yeast Candida famata (Candida flareri) for construction of strains with enhanced riboflavin production, Metab. Eng., 2011, vol. 13, pp. 82–88. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2010.10.005
Dmytruk, K., Lyzak, O., Yatsyshyn, V., Kluz, M., Sibirny, V., Puchalski, C., and Sibirny, A., Construction and fed-batch cultivation of Candida famata with enhanced riboflavin production, J. Biotechnol., 2014, vol. 172, pp. 11–17. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2013.12.005
Dmytruk, K.V., Ruchala, J., Fedorovych, D.V., Ostapiv, R.D., and Sibirny, A.A., Modulation of the purine pathway for riboflavin production in flavinogenic recombinant strain of the yeast Candida famata, Biotechnol. J., 2020, vol. 15, p. 1900468. https://doi.org/10.1002/biot.201900468
Dzanaeva, L.S., Wojdyła, D., Fedorovych, D.V., Ruchala, J., Dmytruk, K.V., and Sibirny, A.A., Riboflavin overproduction on lignocellulose hydrolysate by the engineered yeast Candida famata, FEMS Yeast Res., 2024, vol. 24, p. foae020. https://doi.org/10.1093/femsyr/foae020
Fischer, M., Römisch, W., Illarionov, B., Eisenreich, W., and Bacher, A., Structures and reaction mechanisms of riboflavin synthases of eubacterial and archaeal origin, Biochem. Soc. Trans., 2005, vol. 33, pp. 780–784. https://doi.org/10.1042/BST0330780
Kato, T. and Park, E.Y., Riboflavin production by Ashbya gossypii, Biotechnol. Lett., 2012, vol. 34, pp. 611–618. https://doi.org/10.1007/s10529-011-0833-z
Liu, S., Hu, W., Wang, Z., and Chen, T., Production of riboflavin and related cofactors by biotechnological processes, Microb. Cell Fact., 2020, vol. 19, p. 31. https://doi.org/10.1186/s12934-020-01302-7
Petrovska, Y., Lyzak, O., Ruchala, J., Dmytruk, K., and Sibirny, A., Co-overexpression of RIB1 and RIB6 increases riboflavin production in the yeast Candida famata, Fermentation, 2022, vol. 8, p. 141. https://doi.org/10.3390/fermentation8040141
Riboflavin market size, share 2023-2031, n.d. https://straitsresearch.com/report/riboflavin-market. Accessed September 23, 2024.
Ruchala, J., Andreieva, Y.A., Tsyrulnyk, A.O., Sobchuk, S.M., Najdecka, A., Wen, L., Kang, Y., Dmytruk, O.V., Dmytruk, K.V., Fedorovych, D.V., and Sibirny, A.A., Cheese whey supports high riboflavin synthesis by the engineered strains of the flavinogenic yeast Candida famata, Microb. Cell Fact., 2022, vol. 21, p. 161. https://doi.org/10.1186/s12934-022-01888-0
Sambrook, J., Fritsch, E.F., Maniatis, T., Russell, D.W., and Green, M.R., Molecular Cloning: a Laboratory Manual, New York: Cold Spring Harbor Lab. Press, Cold Spring Harbor, 1989.
Schwechheimer, S.K., Park, E.Y., Revuelta, J.L., Becker, J., and Wittmann, C., Biotechnology of riboflavin, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2016, vol. 100, pp. 2107–2119. https://doi.org/10.1007/s00253-015-7256-z
Sibirny, A.A., Metabolic engineering of non-conventional yeasts for construction of the advanced producers of biofuels and high-value chemicals, BBA Adv., 2023, vol. 3, p. 100071. https://doi.org/10.1016/j.bbadva.2022.100071
Stahmann, K.-P., Revuelta, J.L., and Seulberger, H., Three biotechnical processes using Ashbya gossypii, Candida famata, or Bacillus subtilis compete with chemical riboflavin production, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2000, vol. 53, pp. 509–516. https://doi.org/10.1007/s002530051649
Tsyrulnyk, A.O., Andreieva, Y.A., Ruchala, J., Fayura, L.R., Dmytruk, K.V., Fedorovych, D.V., and Sibirny, A.A., Expression of yeast homolog of the mammal BCRP gene coding for riboflavin efflux protein activates vitamin B2 production in the flavinogenic yeast Candida famata, Yeast, 2020, vol. 37, pp. 467–473. https://doi.org/10.1002/yea.3470
Tsyrulnyk, A.O., Fedorovych, D.V., Sobchuk, S.M., Dmytruk, K.V., and Sibirny, A.A., Lactose inducible expression of transcription factor gene SEF1 increases riboflavin production in the yeast Candida famata, Mikrobiol. Zh., 2021, vol. 83, pp. 3–10. https://doi.org/10.15407/microbiolj83.05.003
Vincenzi, A., Maciel, M.J., Burlani, E.L., Oliveira, E.C., Volpato, G., Lehn, D.N., and Souza, C.F.V., Ethanol bio-production from Ricotta cheese whey by several strains of the yeast Kluyveromyces, Am. J. Food Technol., 2014, vol. 9, pp. 281–291. https://doi.org/10.3923/ajft.2014.281.291
Voronovsky, A., Abbas, C., Fayura, L., Kshanovska, B., Dmytruk, K., Sybirna, K., abd Sibirny, A., Development of a transformation system for the flavinogenic yeast Candida famata, FEMS Yeast Res., 2002, vol. 2, pp. 381–388. https://doi.org/10.1016/S1567-1356(02)00112-5
Voronovsky, A.Y., Abbas, C.A., Dmytruk, K.V., Ishchuk, O.P., Kshanovska, B.V., Sybirna, K.A., Gaillardin, C., and Sibirny, A.A., Candida famata (Debaryomyces hansenii) DNA sequences containing genes involved in riboflavin synthesis, Yeast, 2004, vol. 21, pp. 1307–1316. https://doi.org/10.1002/yea.1182
Wang, Y., Liu, L., Jin, Z., and Zhang, D., Microbial cell factories for green production of vitamins, Front. Bioeng. Biotechnol., 2021, vol. 9, p. 661562. https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.661562
You, J., Yang, C., Pan, X., Hu, M., Du, Y., Osire, T., Yang, T., and Rao, Z., Metabolic engineering of Bacillus subtilis for enhancing riboflavin production by alleviating dissolved oxygen limitation, Bioresour. Technol., 2021, vol. 333, p. 125228. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125228