Enginyeria metabòlica per a la producció de glicolípids

Els glicolípids són molècules amb alt valor afegit donades les seves propietats amfipàtiques, fet que les involucra en diferents processos cel·lulars importants, a la vegada que els confereixen moltes possibles aplicacions, com bio-surfactants o adjuvants en vacunes, per exemple.

Els glicoesfingolípids (GSL) són un grup de glicolípids que contenen una ceramida (lípid) unida a un glúcid. La α-galactosilceramida és un GLS amb potents propietats immunoestimuladores, que la fan molt interessant per a la seva utilització en aplicacions biomèdiques. Tot i això, la seva producció és difícil, en tractar-se d’una complexa síntesi química, regió i estereo-específica.

En aquest context, el Dr. Marc Caballé ha realitzat la seva tesi doctoral a IQS, amb el títol A metabolic engineering approach for α-galactosylceramide production in S. Cerevisiae, sota la direcció de la Dra. Magda Faijes i del Dr. Antoni Planas, al Laboratori de Bioquímica del Departament de Bioenginyeria d’IQS School of Engineering.

L’enginyeria metabòlica es basa en l’ús d’una plataforma biològica que proveeix els precursors necessaris per a la síntesi de la molècula desitjada. La tesi del Dr. Caballé ha format part del projecte Glycodesign (dins del Plan Nacional de I+D del Ministeri de Ciència i Innovació), amb l’objectiu d’obtenir la α-galactosilceramida mitjançant la modificació del llevat S. cerevisiae. Això ha implicat:

1. Redissenyar el metabolisme de l’hoste per a la redirecció de la producció lipídica cap a fitoceramida.
2. Implementar les modificacions generant les noves soques de llevat.
3. Identificar una α-galactosilceramida sintasa que no era coneguda.
4. I finalment, expressar aquest enzim en l’hoste modificat considerant els diferents compartiments cel·lulars del llevat.

Cap a l’obtenció de la α-galactosilceramida

Pel que fa a l’enginyeria metabòlica, el llevat S. cerevisiae és capaç de produir els precursors necessaris per a obtenir el glicolípid desitjat: el sucre nucleòtid de galactosa i el lípid fitoceramida. S’han redissenyat soques amb la sobre expressió dels gens ICS1 i SUR2 i l’eliminació del gen SCS7, per incrementar la disponibilitat de la fitoceramida.

Pel que fa la identificació de l’enzim clau per la síntesi del glicolípid, es va identificar per primera vegada l’enzim específic, desconegut fins ara. Sabent que Bacteroides fragilis, present a la microbiota intestinal humana, produeix galactosilceramida, es va fer una anàlisi bioinformàtica de les 83 possibles enzims glicosiltransferases de la família GT4 de CAZy – Carbohydrate Active Enzymes. D’aquestes, es van identificar quatre enzims potencials i es van expressar en E. coli, sent BF9343_3149 l’únic capaç de produir la galactosilceramida amb l’enllaç alfa glicosídic desitjat.

Com a conclusió, la recerca del Dr. Caballé ha permès la caracterització d’un nou enzim capaç de produir la α-galactosilceramida, glicolípid de gran interès pel seu efecte immunoestimulant i les seves aplicacions com a adjuvant de vacunes, obrint així la porta a futurs projectes i recerques amb el nou enzim descobert.

Publicació relacionada

Marc Caballé, Magda Faijes, Antoni Planas, Characterization of a Glycolipid Synthase Producing α-Galactosylceramide in Bacteroides fragilis, Int. J. Mol. Sci. 2022, 23(22), 13975

Aquesta tesi ha estat finançada mitjançant un ajut predoctoral FI de la Generalitat de Catalunya i Fons Social Europeu i amb el projecte PID2019-104350RB-I00 del Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN).