Кіріспе
Өнеркәсіптік және модельдік организм ретінде қолданылатын саңырауқұлақ туысы. Автоматты таксобокс.
| атауы = Komagataella
| таксоны = Komagataella
| сурет = Pichia pastoris GS115 (Янг 2017).jpg
| сурет сипаттамасы = 1995 жылы P. pastoris Komagataella phaffii туысының жалғыз өкілі ретінде қайта жіктелді. Кейінгі зерттеулер осы туыстағы жаңа түрлерді анықтады, нәтижесінде бүгінде 7 түрі танылған.
Automatic taxobox
| name = Komagataella
| taxon = Komagataella
| image = Pichia pastoris GS115 (Yang 2017). jpg
| image caption = Komagataella phaffii In 1995, P. pastoris was reassigned into the sole representative of genus Komagataella, becoming Komagataella phaffii. Later studies have further distinguished new species in this genus, resulting in a total of 7 recognized species.
Табиғи мекен
Табиғатта Комагатаелла ағаштарда, мысалы, қаштан ағаштарында кездеседі. Олар гетеротрофтар және глюкоза, глицерол және метанол сияқты бірнеше көміртегі көздерін пайдаланып тіршілік ете алады. Бірақ, олар лактозаны пайдалана алмайды.
Көбею
Комагатаелла жыныссыз және жынысты көбеюге қабілетті, бүршіклену және аскоспора арқылы. Осы ретте, Комагатаелланың екі түрі бар: гаплоидты және диплоидты жасушалар. Жыныссыз өмір циклінде гаплоидты жасушалар көбею үшін митозға түседі. Жынысты өмір циклінде диплоидты жасушалар споруляция мен мейозға ұшырайды. Оның колонияларының өсу жылдамдығы кең ауқымда өзгеруі мүмкін, шамалы 0-ге жуықтан бастап бір сағаттық екі еселену уақытына дейін, бұл өнеркәсіптік процестер үшін өте қолайлы.
Комагатаелла үлгілік организм ретінде
Соңғы бірнеше жылда Komagataella зерттелді және бірнеше артықшылықтары бар жақсы модельдік организм ретінде анықталды. Біріншіден, Komagataella лабораторияда оңай өсіріліп, қолданылады. Басқа кең таралған ашытқы модельдері сияқты, оның өмір сүру ұзақтығы салыстырмалы түрде қысқа және жаңару уақыты шапшаң. Сонымен қатар, арзан өсіру орталары жасалған, сондықтан Komagataella оларда жоғары жасуша тығыздығымен тез өсе алады. Komagataella геномының толық тізбектелуі жүзеге асырылды. K. phaffii GS115 геномын Фландрия биотехнология институты мен Гент университеті секвенирлеп, Nature Biotechnology журналында жариялады. Геномдық тізбек пен гендік аннотацияны ORCAE жүйесі арқылы қарауға болады. Толық геномдық деректер ғалымдарға гомологты ақуыздарды және басқа ашытқы түрлерімен Komagataella арасындағы эволюциялық байланыстарды анықтауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, 2022 жылға дейін барлық жеті түрдің геномдары тізбектелді. Komagataella-ның тағы бір артықшылығы – оның жақсы зерттелген ашытқы моделі Saccharomyces cerevisiae-ға ұқсастығы. Биологияда модельдік организм ретінде S. cerevisiae ондаған жылдар бойы жан-жақты зерттелді және тарих барысында зерттеушілер тарапынан әртүрлі мақсаттарда қолданылды. Екі ашытқы туысы; Pichia (сенсу лато) және Saccharomyces, ұқсас өсу жағдайлары мен төзімділіктеріне ие; осылайша, Komagataella-ны өсіру зертханалар көптеген өзгерістерсіз қабылдай алады. Сонымен қатар, S. cerevisiae-ден айырмашылығы, Komagataella үлкен молекулалық салмақты ақуыздарды функционалдық түрде өңдеуге қабілетті, бұл аудармалық хост үшін өте пайдалы. Барлық артықшылықтарды ескере отырып, Komagataella генетикалық және эксперименттік модельдік организм ретінде тиімді қолданылуы мүмкін.
Комагатаелла генетикалық модельді организм ретінде
Генетикалық модельді организм ретінде Комагатаелла толық геномдық деректерінің болуымен және салыстырмалы түрде кішкентай геномда күрделі эукариоттық генетикалық процестерді жүзеге асыру қабілетінің арқасында генетикалық талдаулар мен кең ауқымды генетикалық будандастырулар үшін қолданылуы мүмкін. Пероксисома құрастыруға жауапты функционалдық гендер Комагатаелланың жабайы типі мен мутантты штаммдарын салыстыру арқылы зерттелді.
Комагатаелла эксперименттік үлгілік организм ретінде
Эксперименттік модельді организм ретінде Komagataella көбінесе трансформацияға арналған қабылдаушы жүйе ретінде қолданылды. Сыртқы ДНҚ-мен рекомбинация жасау және ірі ақуыздарды өңдеу қабілеттерінің арқасында Komagataella-ны трансформация қабылдаушысы ретінде пайдалана отырып, жаңа ақуыздарды өндіру мүмкіндігін және жасанды түрде жасалған ақуыздардың функциясын зерттеуге көптеген зерттеулер жүргізілді. Соңғы он жылда Komagataella экспрессиялық жүйелер платформасын құру үшін гендік инженерияланды, бұл стандартты тәжірибелік модельді организм үшін тән қолданыс, және төменде сипатталған.
Комагатаелла экспрессия жүйесі платформасы ретінде
Комагатаелла гетерологты ақуыздарды өндіру үшін экспрессия жүйесі ретінде жиі қолданылады. Комагатаелланың бірнеше қасиеттері осы міндетті орындауға ыңғайлы жағдай жасайды. Қазіргі уақытта биотехнологиялық мақсаттарда бірнеше Komagataella штаммы қолданылады, олардың арасында өсу және ақуыз өндірісі көрсеткіштері бойынша маңызды айырмашылықтар бар. Кейбір кең таралған варианттарда HIS4 генінде мутация болады, бұл экспрессиялық векторлармен сәтті трансформацияланған жасушаларды іріктеуге мүмкіндік береді. Комагатаелла геномына векторды енгізу технологиясы Saccharomyces cerevisiae-дегі технологияға ұқсас.
Артықшылық
Комагатаелла қарапайым, арзан ортада өсіп, жоғары өсу жылдамдығына ие. Комагатаелла шайқалатын колбаларда да, ферментерде де өсе алады, бұл оны кішкентай және үлкен масштабта өндіріс үшін қолайлы етеді. Комагатаелланың екі алкоголь оксидаза гені бар – Aox1 және Aox2, олардың құрамында күшті индукцияланатын промоторлар бар. Бұл екі ген Комагатаеллаға көміртек және энергия көзі ретінде метанолды пайдалануға мүмкіндік береді. AOX промоторлары метанолмен индукцияланады және глюкозамен тежеледі. Әдетте, қажетті белоктың гені Aox1 промоторының бақылауымен енгізіледі, яғни белок өндірісі ортаға метанол қосу арқылы іске қосылуы мүмкін. Бірнеше зерттеулерден кейін ғалымдар Комагатаелладағы AOX1 генінен алынған промотордың, Комагатаелла геномына енгізілген, гетерологтық ақуыздарды өндіретін шетелдік гендердің экспрессиясын бақылауға өте ыңғайлы екенін анықтады. Комагатаелланың маңызды қасиеті – өте жоғары жасуша тығыздығымен өсуге қабілеттілігі. Бұл мүмкіндік гетерологтық ақуыз экспрессиясымен үйлесімді келіп, өндірістің жоғары деңгейін қамтамасыз етеді. Комагатаелланың генетикалық манипуляциясы үшін қажетті технология Saccharomyces cerevisiae-ге ұқсас, ол ең көп зерттелген ашытқы моделінің бірі. Осының нәтижесінде Комагатаелла үшін тәжірибе протоколын және материалдарын құру оңай.
Келесі кемшілік
Кейбір ақуыздардың дұрыс бүгілуі үшін шаперонин қажет болғандықтан, Komagataella бірқатар ақуыздарды өндіре алмайды, себебі оның құрамында тиісті шаперондар жоқ. Сүтқоректілер шаперониндерінің гендерін ашытқы геномына енгізу және бар шаперониннің экспрессиясын күшейту технологиялары әлі де жетілдіруді қажет етеді.
Басқа өрнектеу жүйелерімен салыстыру
Стандартты молекулалық биология зерттеулерінде Escherichia coli бактериясы гетерологты ақуыздарды өндіру үшін экспрессия жүйесі ретінде ең көп қолданылатын организм болып табылады, себебі оның тез өсу қарқыны, жоғары ақуыз өндірісі және қарапайым өсу жағдайларына талаптары аз. E. coli-де ақуыз өндірісі әдетте Komagataella-дағыдан жылдам, себебі E. coli-нің құзыретті жасушаларын мұздатып сақтауға болады және қолдану алдында ерітуге болады, ал Komagataella жасушаларын қолдануға бірден өндіру қажет. Komagataella-ның экспрессиялық өнімділігі әртүрлі клондарда өзгеше болады, сондықтан ең жақсы өндірушіні табу үшін көптеген клондарды ақуыз өндірісіне қарай тексеру қажет. Komagataella-ның E. coli-ге қарағанда ең үлкен артықшылығы – ақуыздарда дисульфидтік байланыстар мен гликозилдеулерді қалыптастыру қабілеті, ал E. coli мұны істей алмайды. E. coli дисульфидтер соңғы өнімге енген кезде дұрыс бүгілмеген ақуызды өндіруі мүмкін, бұл ақуыздың белсенді емес немесе ерімейтін формаларына әкелуі мүмкін. E. coli-ге қарағанда Komagataella сияқты артықшылықтары бар экспрессия жүйесі ретінде жақсы зерттелген Saccharomyces cerevisiae де қолданылады. Дегенмен, Komagataella-ның зертханалық және өндірістік жағдайларда S. cerevisiae-ге қарағанда екі маңызды артықшылығы бар: Komagataella, жоғарыда айтылғандай, метилтроф болып табылады, яғни энергияның жалғыз көзі ретінде қарапайым метанолмен өсе алады. Komagataella жасуша суспензиясында салыстырмалы түрде күшті метанол ерітіндісімен жылдам өсе алады, бұл көптеген басқа микроорганизмдерді өлтіретін болар еді. Осылайша, экспрессия жүйесін орнату және күту арзан. Komagataella өте жоғары жасуша тығыздығына жетеді. Оңтайлы жағдайларда, ол жасуша суспензиясы дерлік пастаға айналатын деңгейге дейін көбейе алады. Микробтағы экспрессия жүйесінен алынған ақуыздың өнімділігі шамамен бір жасушада өндірілген ақуыздардың көбейтіндісіне тең болғандықтан, Komagataella қымбат жабдықтарсыз үлкен мөлшерде ақуыз өндіруге тырысқанда өте пайдалы. 2006 жылы зерттеу тобы YSH597 деп аталатын жаңа штаммды жасауға қол жеткізді. Бұл штамм эритропоэтинді оның қалыпты гликозилдеу түрінде экспресс ете алады, себебі саңырауқұлақтардағы гликозилдеуге жауапты ферменттер сүтқоректілердің гомологтарымен алмастырылды. Осылайша, өзгертілген гликозилдеу үлгісі ақуыздың толыққанды функционалды болуына мүмкіндік берді.
Komagataella, as mentioned above, is a methylotroph, meaning that it can grow with the simple methanol, as the only source of energy — Komagataella can grow fast in cell suspension with reasonably strong methanol solution, which would kill most other micro organisms. In this case, the expression system is cheap to set up and maintain. Komagataella can grow up to a very high cell density. Under ideal conditions, it can multiply to the point where the cell suspension is practically a paste. As the protein yield from expression system in a microbe is roughly equal to the product of the proteins produced per cell, which makes Komagataella of great use when trying to produce large quantities of protein without expensive equipment. In 2006, a research group managed to create a new strain called YSH597. This strain can express erythropoietin in its normal glycosylation form, by exchanging the enzymes responsible for the fungal type glycosylation, with the mammalian homologs. Thus, the altered glycosylation pattern allowed the protein to be fully functional.
Фермент өндіру
Азық-түлік өнеркәсібінде, мысалы, сыра қайнату және нан пісіру салаларында Komagataella түрлі ферменттерді өндіру үшін қолданылады, олар өңдеуге көмектесетін құралдар және тағамдық қоспалар ретінде көптеген қызметтер атқарады. Мысалы, генетикалық түрлендірілген Komagataella өндірген кейбір ферменттер нанның жұмсақтығын сақтап тұруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, сыра өндірісінде ферменттер спирт мөлшерін азайту үшін пайдаланылуы мүмкін. Рекомбинантты фосфолипаза С фосфолипидтерді ыдыратып, жоғары фосфорлы майларды тазартуға қолданылады.