Design and assembly of a microbial bio-factory for the heterologous expression of (2S)-naringenin in Escherichia coli
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Resumen en español
La naringenina es una molécula que tiene varias propiedades beneficiosas para la salud. Debido a los problemas actuales de producción de naringenina, la biosíntesis heteróloga ha surgido como una alternativa para mejorar el rendimiento de la naringenina. Para el diseño de la biofábrica de naringenina, es necesario realizar un diseño racional. Por lo tanto, hemos diseñado y montado una biofábrica de naringenina a partir de L-tirosina. Se implementaron OptStoic y MinFlux para identificar la ruta más corta para la producción de naringenina en E.coli. Construimos un conjunto de parámetros para seleccionar los genes de la ruta (pal, 4cl, chs y chi). Tras el montaje de la biofábrica de naringenina, evaluamos el efecto de la transferencia de oxígeno en la producción de naringenina a escala de laboratorio y piloto. En la escala de laboratorio se varió la tasa de agitación y se produjeron 25,97 mg/L y en la escala piloto se mantuvo constante el porcentaje de oxígeno disuelto y se produjeron 3,11 g/L de naringenina. Por último, se realizó un análisis de expresión génica (RT-qPCR) de los genes que responden a la transferencia de oxígeno obtenidos en el plano de la fase del fenotipo (PhPP). Al 5% de oxígeno disuelto, se obtuvo una mayor expresión del gen accA mientras que al 40% de oxígeno disuelto se obtuvo una mayor expresión de chs.
Resumen en inglés
(2S)-naringenin is a scaffold molecule that has several beneficial health properties. Due to the current (2S)-naringenin production problems, heterologous biosynthesis has emerged as an alternative to improve the (2S)-naringenin yield. For the design of the naringenin biofactory, it is necessary to make a rational design. Therefore, we have designed and assembled a naringenin biofactory from L-tyrosine. OptStoic and MinFlux were implemented to identify the shortest route for naringenin production in E.coli. We constructed a set of parameters to select the pathway genes (pal, 4cl, chs, and chi). After the assembly of the (2S)-naringenin biofactory, we evaluated the effect of oxygen transfer on (2S)-naringenin production at laboratory and pilot scales. At the laboratory scale, the agitation rate was varied and 25.97 mg/L was produced and at the pilot-scale the percentage of dissolved oxygen was kept constant and 3.11 g/L of (2S)-naringenin was produced. Finally, gene expression analysis (RT-qPCR) was performed on the oxygen transfer responsive genes obtained at the phenotype phase plane (PhPP). At 5% dissolved oxygen, a higher expression of the accA gene was obtained while at 40% dissolved oxygen a higher expression of chs was obtained.