БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 2013, том 39, № 4, с. 504-506
УДК 579.2:579.66:579.695:577.2
РЕЦЕНЗИЯ НА КНИГУ Ю.А. ТРОЦЕНКО, М.Л. ТОРГОНСКОЙ "МЕТИЛОТРОФНЫЕ ДРОЖЖИ" МОСКВА: "ТР-ПРИНТ", 2011. 313 С.
© 2013 г. В. М. Ананьин*, #, С. А. Косарев**, Д. А. Гусаров**
*ЗАО НПК "КОМБИОТЕХ", ул.Миклухо-Маклая, 16/10, 117997Москва ** ФГБУНИнститут биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
ул.Миклухо-Маклая, 16/10, 117997Москва Поступила в редакцию 23.11.2012 г. Принята к печати 13.02.2013 г.
БО1: 10.7868/80132342313040040
Метилотрофные дрожжи, открытые в конце 60-х годов прошлого столетия, представлены всего лишь несколькими родами. Несмотря на немногочисленность этой группы микроорганизмов, они представляют собой значительный научный и практический интерес. За последние десятилетия существенно продвинулось не только понимание экологии, метаболизма, генетики и филогении ме-тилотрофных дрожжей, но и использование различных генетических модификаций с целью превращения этих микробов в многоцелевые клеточные фабрики. Все эти аспекты, включая самые последние достижения биотехнологии метилотро-фов, подробно изложены в рецензируемой книге, уникальность которой заключается еще и в том, что это единственный всеобъемлющий современный обзор по метилотрофным дрожжам, изданный на русском языке.
Рецензируемая книга состоит из пяти глав. Глава 1 посвящена экофизиологии и филогении метилотрофных дрожжей. В ней детально описана история открытия каждого из представителей этой весьма специфической группы дрожжей, сходство и различие их сред обитания, таксономическое положение. Пристальное внимание уделено физиолого-биохимическим, метаболическим и хемотаксономическим особенностям каждого представителя. Отмечена особая роль пе-роксисом, органелл, ответственных за первичный метаболизм метанола, биогенез которых метанолом же и индуцируется. Тщательно описаны пути диссимиляции и ассимиляции метанола, которые индуцируются исключительно в условиях метило-трофного роста этих дрожжей. И, наконец, в этой главе основательно рассмотрены закономерности организации и функционирования центрального метаболизма и особенности метаболизма азотсодержащих органических соединений.
Во 2-ой главе речь идет о пероксисомах мети-лотрофных дрожжей, их биогенезе, функции и
#Автор для связи (эл. почта: vlamiano@rambler.ru).
механизмах их деградации. Рассмотрен механизм пролиферации пероксисом (пексогенез), условия роста культур и субстраты, индуцирующие этот процесс. Важнейшей функцией пероксисом, как подчеркивают авторы, является первичный метаболизм метанола с участием алкогольоксидазы (АО) и каталазы — ключевых ферментов, локализованных в этих органеллах. Помимо удержания в своем матриксе токсичных метаболитов — продуктов прямого окисления метанола — формальдегида и перекиси водорода, пероксисомы участвуют в ассимиляции формальдегида (ФА) и разложении пероксида до нетоксичных продуктов. Исчерпывающе описаны многообразие и структурно-функциональные особенности пероксисо-мальных белков — пероксинов, их роль в пексоге-незе, функционировании и деградации (пексофа-гии) пероксисом. В заключительной части второй главы рассмотрены антиоксидантные системы пероксисом, их функция и важнейшие компоненты этих систем, участвующие в детоксикации пероксидов.
Глава 3 представляет собой подробное описание молекулярных основ С1-метаболизма мети-лотрофных дрожжей. Проведен глубокий анализ путей окисления метанола на генетическом и ферментативном уровнях. Так, в частности, проведен сравнительный анализ АО у различных видов метилотрофных дрожжей. Обозначены сходства и различия этого фермента как на структурно-функциональном уровне, так и на уровне регуляции его биосинтеза. Рассмотрены физио-лого-биохимические особенности путей диссимиляции и ассимиляции ФА, их регуляция как на метаболическом, так и генном уровнях. В рамках метаболической регуляции пути ассимиляции ФА описан очень интересный феномен — катабо-литная инактивация как тип регуляции, альтернативный катаболитной репрессии.
Глава 4дает полное представление о генетике и регуляции С1-метаболизма метил отрофных
РЕЦЕНЗИЯ НА КНИГУ Ю.А. ТРОЦЕНКО, МЛ. ТОРГОНСКОЙ
505
дрожжей. В ней отражена функциональная гено-мика метилотрофных дрожжей и дана характеристика геномов двух представителей этой группы, которые наиболее часто используются для экспрессии гетерологичных белков — Hansenula poly-morpha и Pichiapastoris. Геномный подход, примененный к этим двум видам, не только позволил изучить их молекулярную генетику и протеомику, но и послужил основой для оптимизации экс-прессионной платформы с учетом физиологических особенностей этих дрожжей. Что касается генетической регуляции ферментов Сгметабо-лизма, то авторы отмечают, что она по-разному осуществляется у различных видов дрожжей. При этом основные механизмы генетического контроля, такие как углерод-катаболитная репрессия, дерепрессия и индукция экспрессии одних и тех же ферментов, протекают с различной степенью интенсивности у разных видов. Существенным моментом в регуляции ферментов С1-мета-болизма является природа источника углерода, вызывающего репрессию у всех видов дрожжей (этанол, глюкоза), или не так однозначно влияющий глицерин, который у одних видов приводит к дерепрессии различной степени интенсивности, а у других — функционирует исключительно как репрессор. Единствено общим местом в регуляции С1-метаболизма для всех видов метилотроф-ных дрожжей является метанол, оказывающий мощное индуцирующее воздействие как на С1-ме-таболизм, так и на пролиферацию и функционирование пероксисом, обеспечивающих этот метаболизм. В заключительной части главы авторы провели глубочайший анализ молекулярных механизмов регуляции метанолзависимых генов на уровне как транс-, так и цис-действующих факторов. Обозначена очень важная роль генопротеом-ных исследований метилотрофов, открывающих широкие перспективы в использовании их в биотехнологических процессах.
Глава 5, ключевая часть книги, отражает современное представление о биотехнологическом потенциале метилотрофных дрожжей. В отличие от других дрожжей, метилотрофы очень хорошо растут на метаноле, который имеет низкую стоимость и который, ко всему прочему, является индуктором биосинтеза гетерологичных белков, находящихся под контролем промотора АО. Получение этих белков в промышленных масштабах стало возможным благодаря разработке новейших технологий, важнейшим этапом развития которых стало конструирование экспресси-онных платформ, подробно рассмотренных в этой главе. Авторы проанализировали экспресси-онные платформы четырех видов дрожжей — Pichia pastoris, Pichia methanolica, Hansenulapolymor-pha и Candida boidinii, указав на их особенности и ограничения.
Знания о молекулярных механизмах метанол-зависимой экспрессии генов позволили создать оптимальные системы гетерологичного биосинтеза многих полезных белков, в том числе для биофармацевтических нужд. В разделе, посвященном продуктам и процессам на основе мети-лотрофных дрожжей, авторы осветили развитие традиционных аспектов их промышленного использования, начиная с получения кормового и пищевого белка из биомассы, выращенной на метаноле, и заканчивая процессами производства метаболитов (формальдегида, формиата, диокси-ацетона, глицерина, перекиси водорода, рибофлавина, флавинадениндинуклеотда, глутатиона и многих других), а также гомологичных белков и ферментов (алкогольоксидазы, каталазы, формальдегид- и формиатдегидрогеназы, различных супероксиддисмутаз). Однако настоящий бум промышленного использования метилотрофных дрожжей произошел после внедрения генно-инженерных подходов, разработанных для этих микроорганизмов. Перечень гетерологичных белков, получаемых в промышленных масштабах, уже составил несколько десятков. Среди них значительную часть составляют белки фармацевтического и терапевтического назначения, а также вакцины на основе рекомбинантных белков-антигенов. Несмотря на дороговизну большинства из этих белков, развитие технологий культивирования, оптимизация технологических процессов позволяют минимизировать затратность их производства и, как следствие, существенно снизить их себестоимость.
Авторы досконально проанализировали все перечисленные аспекты и подчеркнули важность оптимизации стратегий ферментации, значение комплексного подхода в их разработке, основанного на знании физиологии продуцентов, свойствах рекомбинантных продуктов, закономерности применения тех или иных экспрессионных платформ. В этой же главе авторы остановились еще на одном аспекте использования метилотрофных дрожжей — их применении в биоаналитике и биоремедиации. Специфика обмена веществ метилотрофов, выраженная в высоких активностях ферментов Сгметаболизма, позволила использовать как отдельные ферменты, так и целые клетки дрожжей в конструировании биосенсоров, чувствительных к формальдегиду, метанолу и другим спиртам. Использование биосенсоров для контроля токсичных соединений в напитках, биологических жидкостях, воздухе помещений, сточных водах и т.д. является альтернативой химическим и физико-химическим методам анализа. У биосенсоров только один недостаток — их короткое время жизни. Применение метилотрофов в биоремедиации загрязненных токсичными отходами почв и сточных вод путем внесения живых культур в эти среды достаточно
506
АНАНЬИН и др.
хорошо распространено. Использование биофильтров, содержащих клетки метилотрофов, а также иммобилизованная АО, помещенная в проточный биореактор, существенно повысили эффективность очистки воздуха помещений от паров формальдегида.
В кратком заключении авторы резюмировали: установлены таксономическое положение и важная экофизиологическая роль метилотрофных дрожжей; охарактеризованы специфические пути и ферменты первичного метаболизма метанола, их молекулярные свойства, регуляция и локализация; изучены принципы структурно-функциональной организации и гомеостаза пероксисом (биогенез, пролиферация и деградация); показана перспективность метилотрофных дрожжей для биосинтеза, биокатализа и биодеградации; разработаны экспрессионные платфо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.