Inżynieria szlaku sekrecyjnego u Yarrowia lipolytica projektowana na podstawie wyników badań omicznych dla usprawnienia produkcji białek sekrecyjnych - charaterystyka funkcjonalna nowych genów
| dc.abstract.en | Proteins derived from microbial production are commonly used in different areas of human activity, like medicine, diagnostics, food manufacture and production, household care products, cosmetics, biofuels production, as well as in the processing of waste biomass. Substantial fraction of these proteins are produced using yeast cells, which belong to highly potent protein producers, but are also subjected to numerous limitations. It has been estimated that a given protein excreted outside the cell (for easier collection) can be produced at even 1000-fold lower titers than the theoretical maximum, when not optimized at molecular and/or bioprocessing level. According to another relevant estimation, over 30% of all the proteins (both foreign and native) are processed by the secretory pathway, which directs the proteins outside the cells. The secretory pathway is highly complex, as it involves multitude of genes/proteins and spans cellular compartments. Therefore, it requires an in-depth knowledge on the cell’s biology to modify or improve this pathway. Considering that the world market of r-Prots constitutes one of the key branches of current industrial biotechnology, earning billion dollar (USD) revenues each year, studies into biology of the secretory pathway is relevant for both basic and applied research. The proposed study will be carried out using Yarrowia lipolytica yeast. Y. lipolytica is a safe nonconventional yeast species (GRAS status issued by FDA and EFSA) currently widely used in scientific research and in industrial practice, e.g. for the production of feed (for horses and cattle), proteins (e.g. lipase, protease), citric acid, or natural, calorie-free sweetener (erythritol). It has gained significant attention as a platform for recombinant (foreign) secretory (excreted outside the cell) proteins (rs-Prot) production due to multiple advantageous characteristics of its secretory pathway. In my former research I compared whole-cell gene expression profiles of Y. lipolytica producing different rs-Prots. Using a global approach (analyzing expression of all the genes in the genome) and careful manual inspection of data, the study allowed gaining great amounts of new knowledge. It was possible to identify genes and biological processes that are involved in synthesis and secretion of rs-Prots in Y. lipolytica. Many of these were found similar to what was observed for the other yeast, so are expected to have similar biological function, but there are still some whose role remains elusive. In the proposed project, I’d like to continue the studies on the rs-Prots synthesis and secretion in Y. lipolytica, using the previously gained knowledge as a guide for genetic engineering strategies. The main objective of the project is to study specific function of selected genes, of confirmed implication in rs-Prot synthesis in Y. lipolytica based on the previous global study, and assessing possibility of these genes exploitation factors enhancing rs-Prots synthesis. Selected GOIs potentially play a role in the following cellular processes: Oxidative stress response, Proteolytic degradation, and Cell wall modifications | |
| dc.abstract.en | which was inferred based on their similarity to genes from the other yeast species that are better described than Y. lipolytica. The concept is to determine function of ten GOIs involved in rs-Prot synthesis in Y. lipolytica by their overexpression (increasing amounts of active protein product) and deletion (elimination of the protein product from the cell) followed by assessment of the modified cells growth / behavior in laboratory cultures. To combine the GOIs’ impact on rs-Prot synthesis, the strains will simultaneously produce rs-Prot that is easy to measure. Two different rs-Prots were chosen to test the GOIs impact on different proteins – one is enzyme and the second – emits fluorescence. Overexpression and deletion will be conducted using modern genetic engineering tools, and the generated strains will be cultivated in small-scale optimized cultures. To accurately describe what global changes were caused by the conducted modifications of GOIs, selected strains will be cultivated in strictly regulated bioreactor cultures, and expression of all the genes in the cell will be conducted. All the equipment, tools and skills required for the project’s completion were mastered and are in use in the laboratory. The project is expected to provide experimental evidence on molecular function of uncharacterized GOIs and their impact on rs-Prots production in Y. lipolytica. Moreover, it is foreseen that as a result of the project completion, genes associated with the GOIs will be indicated and described, based on global gene expression studies. Consequently, proposition of new strategies for enhancing secretory protein production in yeast is expected. The project will provide new, exciting basic knowledge with high potential for practical benefits. It is expected that the results will be published in international journals and presented during international conferences. | |
| dc.abstract.pl | Białka pochodzące z produkcji mikrobiologicznej są powszechnie stosowane w różnych obszarach działalności człowieka, takich jak medycyna, diagnostyka, produkcja żywności, artykułów gospodarstwa domowego, kosmetyków, czy biopaliw, a także w przetwarzaniu biomasy odpadowej. Znaczna część tych białek wytwarzana jest przy użyciu komórek drożdży, które, choć należą do bardzo wydajnych producentów białek, podlegają licznym ograniczeniom. Oszacowano, że dane białko wydzielane poza komórkę (w celu łatwiejszego oczyszczania) może być produkowane w nawet 1000-krotnie niższych ilościach niż teoretyczne maksimum, jeśli proces produkcji nie został zoptymalizowany na poziomie molekularnym i/lub bioprocesowym. Według innych szacunków ponad 30% wszystkich białek (zarówno obcych, jak i natywnych) jest przetwarzanych przez szlaku sekrecyjnym, który kieruje białka na zewnątrz komórek. Szlak sekrecyjny jest bardzo złożony - obejmuje wiele genów/białek oraz liczne organella komórkowe. Dlatego modyfikacja lub usprawnienie tego szlaku wymaga dogłębnej wiedzy na temat biologii komórki. Biorąc pod uwagę, że światowy rynek białek stanowi jedną z kluczowych gałęzi obecnej biotechnologii przemysłowej, przynosząc corocznie miliardy dolarów (USD) przychodów, badania nad biologią szlaku sekrecyjnego są istotne zarówno dla badań podstawowych, jak i stosowanych. Proponowany projekt będzie przeprowadzony z wykorzystaniem komórek drożdży niekonwencjonalnych Yarrowia lipolytica. Y. lipolytica to bezpieczny gatunek drożdży (status GRAS wydany przez FDA i EFSA) obecnie szeroko stosowany w badaniach naukowych oraz w praktyce przemysłowej m.in. do produkcji pasz (dla koni i bydła), białek (np. lipazy, proteazy), kwasu cytrynowego czy naturalnego, bezkalorycznego słodzika (erytrytolu). Gatunek ten stanowi także uznaną platformę biologiczną do produkcji rekombinowanych (obcych) białek sekrecyjnych (wydalanych na zewnątrz komórki) (rs-Prot) ze względu na wiele korzystnych cech jego szlaku sekrecyjnego. W moich wcześniejszych badaniach porównałam globalne profile ekspresji genów w komórkach Y. lipolytica wytwarzających różne rs-Prots. Dzięki globalnemu podejściu (analiza ekspresji wszystkich genów w genomie) i dogłębnej analizie otrzymanych danych, badanie umożliwiło zdobycie ogromnej ilości nowej wiedzy. Udało się zidentyfikować geny i procesy biologiczne zaangażowane w syntezę i wydzielanie rs-Prots w Y. lipolytica. Wiele z nich okazało się podobnych do tych, które zaobserwowano w przypadku innych drożdży, więc oczekuje się, że mają podobną funkcję biologiczną. Ale nadal pozostały takie, których rola jest niepoznana. W proponowanym projekcie chciałabym kontynuować badania nad syntezą i sekrecją rs-Prots u Y. lipolytica, wykorzystując zdobytą wcześniej wiedzę jako wskazówki dla strategii inżynierii genetycznej. Głównym celem projektu jest: i) zbadanie specyficznej funkcji wybranych genów o potwierdzonym zaangażowaniu w syntezę rs-Prot u Y. lipolytica, na podstawie wcześniejszych badań, oraz ii) ocena możliwości wykorzystania tych genów jako czynników usprawniających syntezę rs-Prots. Wybrane geny mogą potencjalnie odgrywać rolę w następujących procesach komórkowych: reakcja na stres oksydacyjny, degradacja proteolityczna i modyfikacje ściany komórkowej | |
| dc.abstract.pl | co zostało wywnioskowane na podstawie ich podobieństwa do genów z innych gatunków drożdży, które są lepiej opisane niż Y. lipolytica. Koncepcja polega na określeniu funkcji dziesięciu genów zaangażowanych w syntezę rs-Prot w Y. lipolytica poprzez ich nadekspresję (zwiększenie ilości aktywnego produktu białkowego) i delecję (eliminację produktu białkowego z komórki), a następnie ocenę wzrostu i fizjologii zmodyfikowanych komórek w hodowlach laboratoryjnych. Aby rzetelnie zbadać wpływ genów na syntezę rs-Prot, szczepy będą jednocześnie produkować tzw. białka reporterowe rs-Prots, o właściwościach umożliwiających ich łatwą analizę. Do przetestowania wpływu genów na różne białka wybrano dwa różne rs-Prots – jeden to enzym, a drugi – białko emitujące fluorescencję. Nadekspresja i delecja będą prowadzone przy użyciu nowoczesnych narzędzi inżynierii genetycznej, a powstałe szczepy będą hodowane w małej skali w zoptymalizowanych warunkach. Aby dokładnie opisać, jakie globalne zmiany spowodowały przeprowadzone modyfikacje genów, wybrane szczepy będą hodowane w ściśle regulowanych hodowlach bioreaktorowych i przeprowadzona zostanie analiza ekspresji wszystkich genów w komórce. Aparatura, narzędzia molekularne i umiejętności wymagane do realizacji projektu zostały opanowane i są używane w laboratorium. Oczekuje się, że projekt dostarczy danych eksperymentalnych na temat molekularnych funkcji niescharakteryzowanych genów i ich wpływu na produkcję rs-Prots w Y. lipolytica. Ponadto przewiduje się, że w wyniku realizacji projektu zostaną wskazane i opisane inne geny powiązane z genami badanymi, w oparciu o globalne badania ekspresji genów. W związku z tym spodziewane jest zaproponowanie nowych strategii zwiększania produkcji białek sekrecyjnych u drożdży. Projekt dostarczy nowej, ciekawej wiedzy podstawowej o dużym potencjale aplikacyjnym, a otrzymane wyniki zostaną opublikowane międzynarodowych czasopismach i zaprezentowane na konferencjach. | |
| dc.contributor.author | Paulina Anna Korpys-Woźniak | |
| dc.date.accessioned | 2025-06-30T14:39:24Z | |
| dc.date.available | 2025-06-30T14:39:24Z | |
| dc.date.issued | 2023 | |
| dc.identifier.project | 2022/45/N/NZ9/00017 | |
| dc.identifier.uri | https://sciencerep.up.poznan.pl/handle/item/3358 | |
| dc.pbn.affiliation | biological sciences | |
| dc.subject.pl | charakterystyka funkcjonalna | |
| dc.subject.pl | drożdże | |
| dc.subject.pl | heterologiczne białka | |
| dc.subject.pl | inżynieria genetyczna | |
| dc.subject.pl | produkcja białek | |
| dc.subject.pl | szlak sekrecyjny | |
| dc.title | Inżynieria szlaku sekrecyjnego u Yarrowia lipolytica projektowana na podstawie wyników badań omicznych dla usprawnienia produkcji białek sekrecyjnych - charaterystyka funkcjonalna nowych genów | |
| dc.title.alternative | Omics-guided engineering of a secretory pathway for enhanced synthesis of secretory proteins in Yarrowia lipolytica - functional characterization of new gene targets | |
| dc.type | Project | |
| dspace.entity.type | Project | |
| project.competition.name | PRELUDIUM | |
| project.endDate | 2026-05-31T00:00:00 | |
| project.startDate | 2023-06-01T00:00:00 |