Omics studies elucidate an increase in bio-production efficiency
Aplikace | 2017 | BrukerInstrumentace
Biotechnologická výroba aminokyselin představuje klíčovou oblast pro potravinářský, kosmetický i farmaceutický průmysl. Optimalizace mikrobiálních kmenů pomocí racionálního designu a hloubkových omických analýz umožňuje identifikovat úzká místa v biosyntetických drahách a efektivně zvýšit výtěžky cílových sloučenin.
Cílem studie bylo objasnit, jak kombinace metabolomických a proteomických analýz na platformě Bruker impact II Q-TOF umožňuje pochopit efekt racionální genové modulace na produkci argininu v Corynebacterium glutamicum. Ve srovnání s divokým typem byly analyzovány tři mutantní kmeny: delece represoru argR, mutace argB imunní vůči zpětné inhibici a kmen s přeexpresí genů argGH pro odblokování posledních kroků biosyntézy.
Budoucí rozvoj zahrnuje rozšíření multi-omics integrace o transkriptomiku a lipidomiku, automatizované workflow pro vysokopropustné screeningy genetických knihoven a nasazení umělé inteligence pro prediktivní modelování bioprodukčních drah. Dále se očekává aplikace v syntetické biologii a personalizované výrobě biofarmak.
Kombinace neregionovaných metabolomických a proteomických přístupů na platformě Bruker impact II Q-TOF umožnila detailní pochopení, jak racionální genové zásahy optimalizují produkci argininu v C. glutamicum. Přenos těchto metod do dalších biotechnologických projektů slibuje výrazné zlepšení průmyslových bioprocesů.
LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
ZaměřeníProteomika, Metabolomika
VýrobceBruker
Souhrn
Význam tématu
Biotechnologická výroba aminokyselin představuje klíčovou oblast pro potravinářský, kosmetický i farmaceutický průmysl. Optimalizace mikrobiálních kmenů pomocí racionálního designu a hloubkových omických analýz umožňuje identifikovat úzká místa v biosyntetických drahách a efektivně zvýšit výtěžky cílových sloučenin.
Cíle a přehled studie
Cílem studie bylo objasnit, jak kombinace metabolomických a proteomických analýz na platformě Bruker impact II Q-TOF umožňuje pochopit efekt racionální genové modulace na produkci argininu v Corynebacterium glutamicum. Ve srovnání s divokým typem byly analyzovány tři mutantní kmeny: delece represoru argR, mutace argB imunní vůči zpětné inhibici a kmen s přeexpresí genů argGH pro odblokování posledních kroků biosyntézy.
Použitá metodika a instrumentace
- Mass spectrometry: Bruker impact II Q-TOF s ionizací ESI a InstantExpertise™ režimem datově závislého HRAM MS/MS.
- Metabolomika: HILIC LC-QTOF (Dionex RSLC, kolonka ZIC HILIC), data zpracována v MetaboScape 1.0.
- Proteomika: nanoLC-MS/MS (Dionex RSLCnano, PepMap C18), data analyzována v MaxQuant 1.5.2.8 a statisticky ve Perseus.
- Biologická interpretace: mapování změn pomocí PathVisio 3.x na dráhu argininu.
- Kvantifikace argininu: HPLC s OPA derivatizací a fluorescenční detekcí (Knauer Smartline Amino Acid Analyzer).
Hlavní výsledky a diskuse
- PCA analýza metabolomických i proteomických dat odhalila jasné rozdělení mezi divokým typem a mutanty; dva mutanty (argB, argGH) se v metabomice překrývaly, v proteomice však byly rozlišitelné všechny čtyři skupiny.
- Delece represoru argR vedla k výraznému zvýšení množství enzymů biosyntézy argininu (log2 fold change >3), ale intracelární hladiny argininu zůstaly nízké.
- Mutace argB odhalila kumulaci citrullinu a sníženou abundanci N-acetylglutamátkinázy, čímž poukázala na úzké místo v dalším kroku dráhy.
- Přeexprese argGH v pozadí argB mutace dramaticky zvýšila extracelulární produkci argininu až nad 3,5 g/L, což potvrzuje úspěšné odblokování posledních dvou kroků biosyntézy.
Přínosy a praktické využití metody
- Integrovaná analýza metabolomiky a proteomiky umožnila systematickou identifikaci regulačních bariér v dráze argininu.
- Workflow založený na Q-TOF instrumentu zajišťuje vysokou spolehlivost identifikace a kvantifikace v obou omických vrstvách.
- Přístup lze aplikovat pro optimalizaci dalších bioprodukčních procesů, urychlit vývoj průmyslových mikroorganismů a zvýšit výtěžky klíčových metabolitů.
Budoucí trendy a možnosti využití
Budoucí rozvoj zahrnuje rozšíření multi-omics integrace o transkriptomiku a lipidomiku, automatizované workflow pro vysokopropustné screeningy genetických knihoven a nasazení umělé inteligence pro prediktivní modelování bioprodukčních drah. Dále se očekává aplikace v syntetické biologii a personalizované výrobě biofarmak.
Závěr
Kombinace neregionovaných metabolomických a proteomických přístupů na platformě Bruker impact II Q-TOF umožnila detailní pochopení, jak racionální genové zásahy optimalizují produkci argininu v C. glutamicum. Přenos těchto metod do dalších biotechnologických projektů slibuje výrazné zlepšení průmyslových bioprocesů.
Reference
- Cox J. a Mann M. MaxQuant umožňuje proteomickou analýzu s vysokou přesností. Nat Biotechnol. 2008;26:1367–1372.
- Tyanova S. et al. Perseus: platforma pro analýzu proteomických dat. Nat Methods. 2016;doi:10.1038/nmeth.390.
- Kutmon M. et al. PathVisio 3: Extendable Pathway Analysis Toolbox. PLoS Comput Biol. 2015;11(2):e1004085.
- van Iersel MP. et al. Presenting and exploring biological pathways with PathVisio. BMC Bioinformatics. 2008;9:399.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Analysis of metabolic changes in murine hair follicles treated with Procyanidin-B2 rich nutraceuticals by DI-MRMS
2019|Bruker|Aplikace
Analysis of metabolic changes in murine hair follicles treated with Procyanidin-B2 rich nutraceuticals by DI-MRMS Known for anti-inflammatory and antioxidant properties, nutraceuticals enriched in Procyanidin-B2 promote hair growth both in vitro and in vivo. However, the metabolic changes associated with…
Klíčová slova
aae, aaehair, hairfollicles, folliclesmrms, mrmsintracellular, intracellularglutamine, glutaminewere, werecarnitine, carnitinefollicle, follicledeoxy, deoxymice, micenutraceuticals, nutraceuticalsppp, pppmetabolites, metabolitesmetabolite
Metabolic Pathway Analysis Solutions
2024|Shimadzu|Brožury a specifikace
C10G-E103 Metabolic Pathway Analysis Solutions Metabolic Pathway Metabolic pathways are the chain of chemical and enzymatic reactions that occur within a cell in living organisms to support their life. They are a series of reaction pathways that include intermediates from…
Klíčová slova
day, daymetabolic, metabolicculture, culturepathway, pathwaypackage, packagemetabolites, metabolitesmutant, mutantsystem, systemhomocysteine, homocysteineflies, fliesmedium, mediummeasurement, measurementmetabolomics, metabolomicsmethionine, methioninewild
Magnetic Resonance Mass Spectrometry (MRMS) discriminates yeast mutants through metabolomics
2021|Bruker|Aplikace
Magnetic Resonance Mass Spectrometry (MRMS) discriminates yeast mutants through metabolomics An untargeted metabolomics approach based on the MRMS aXelerate® workflow was employed to examine changes in methylglyoxal catabolism using Saccharomyces cerevisiae as a model system. This approach allowed for subtle…
Klíčová slova
methylglyoxal, methylglyoxalglyoxalase, glyoxalasemrms, mrmsglutathione, glutathionemutants, mutantsphenotypically, phenotypicallystrains, strainsmetabolomics, metabolomicsgene, genecerevisiae, cerevisiaesaccharomyces, saccharomycesmass, masswere, werepathway, pathwayuntargeted
Quantitative Proteomics of Metabolic Enzymes in S. cerevisiae Using Triple Quadrupole LC/MS/MS
2015|Shimadzu|Aplikace
LAAN-J-LM-E019 LC-MS Liquid Chromatograph Mass Spectrometer 50 Quantitative Proteomics of Metabolic Enzymes in S. cerevisiae Using Triple Quadrupole LC/MS/MS [LCMS-8040] Using microorganisms such as S.cerevisiae to produce materials has been applied across many industries such as fermented foods, chemicals, pharmaceuticals,…
Klíčová slova
enzymes, enzymestryptic, trypticsiigatsiedfisk, siigatsiedfiskmetabolic, metabolicproteomics, proteomicsquantitative, quantitativeglyco, glycopeptides, peptidesufms, ufmstargeted, targetedtracing, tracinglysis, lysisbiosynthesis, biosynthesispolysaccharides, polysaccharidestca