PL: Biosynteza kwasu retinowego przez transformanty drożdży Yarrowia lipolytica | EN: Biosynthesis of retinoic acid by Yarrowia lipolytica yeast transformants

abstractPL: Kwas all-trans retinowy (ATRA) znajduje szerokie zastosowanie zarówno w medycynie, jak i w kosmetologii. W lecznictwie jest wykorzystywany przede wszystkim w terapii ostrej białaczki promielocytowej (APL), natomiast w kosmetykach – dzięki silnym właściwościom złuszczającym – stosuje się go w preparatach przeciwzmarszczkowych oraz w leczeniu trądziku. Z uwagi na rosnące zapotrzebowanie na ten związek, poszukiwane są bardziej wydajne i bezpieczne metody jego pozyskiwania. Alternatywą dla tradycyjnych, kosztownych i często toksycznych metod chemicznych okazały się procesy biosyntezy z wykorzystaniem mikroorganizmów. Dotychczas podejmowano próby modyfikacji takich organizmów jak Escherichia coli czy Saccharomyces cerevisiae. W niniejszej pracy skoncentrowano się jednak na drożdżach Yarrowia lipolytica, które charakteryzują się zdolnością do wewnątrzkomórkowej akumulacji lipidów, będących dobrym rozpuszczalnikiem dla kwasu retinowego. Wybór ten uzasadniony był również statusem GRAS (ang. Generally Recognized As Safe), w pełni poznanym genomem oraz dostępnością zaawansowanych narzędzi inżynierii genetycznej. Celem pracy było wprowadzenie do szczepu Y. lipolytica PS05, ze zwiększoną biosyntezą fosfolipidów, szlaku biosyntezy ATRA poprzez nadekspresję wybranych genów. Uzyskano trzy grupy transformantów: 1) z nadekspresją genów odpowiedzialnych za biosyntezę likopenu, 2) z genami odpowiadającymi za konwersję likopenu do retinolu oraz 3) z genami umożliwiającymi końcową syntezę kwasu all-trans retinowego. Hodowle prowadzono w kolbach z przegrodami na podłożu YNB z dodatkiem 3% glukozy lub 3% glicerolu odpadowego. Po tygodniu biomasę liofilizowano i oznaczano suchą masę drożdży, a z części mokrej przeprowadzono ekstrakcję retinoidów przy użyciu chloroformu i oznaczano stężenie kwasu retinowego, retinolu i β-karotenu. Wyniki badań potwierdziły zdolność otrzymanych transformantów do biosyntezy zarówno ATRA (5,365 mg/L), jak i retinolu (6,852 mg/L). Co istotne, zaobserwowano również obecność β-karotenu, mimo że do szczepów nie wprowadzono genów odpowiedzialnych za jego syntezę. Wskazuje to na funkcjonowanie natywnego szlaku metabolicznego w Y. lipolytica, umożliwiającego konwersję likopenu do β-karotenu, a następnie dalsze przemiany prowadzące do powstania związków z grupy retinoidów.

abstractEN: All-trans retinoic acid (ATRA) is widely used in both medicine and cosmetology. In medical applications, it is primarily employed in the treatment of acute promyelocytic leukemia (APL), whereas in cosmetics it is utilized in anti-aging creams and acne therapies due to its strong exfoliating properties. Given the growing demand for this compound, there is an ongoing search for more efficient and safer production methods. Biosynthetic processes involving microorganisms have emerged as a promising alternative to traditional chemical methods, which are often expensive and toxic. To date, attempts have been made to engineer organisms such as Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae. In this study, however, attention was focused on the yeast Yarrowia lipolytica, which is capable of intracellular lipid accumulation—lipids being a suitable solvent for retinoic acid. This choice was also supported by the organism’s GRAS (Generally Recognized As Safe) status, a fully sequenced genome, and the availability of advanced genetic engineering tools. The aim of the study was to introduce the ATRA biosynthesis pathway into Y. lipolytica PS05, a strain with enhanced phospholipid biosynthesis, through overexpression of selected genes. Three groups of transformants were obtained: (1) overexpressing genes responsible for lycopene biosynthesis, (2) overexpressing genes for the conversion of lycopene to retinol, and (3) overexpressing genes enabling the final step of ATRA synthesis. Cultivations were carried out in baffled flasks using YNB medium supplemented with 3% glucose or 3% waste glycerol. After one week, the biomass was lyophilized and its dry weight determined. Retinoids were extracted from the wet biomass using chloroform, followed by quantification of retinoic acid, retinol, and β-carotene. The results confirmed the ability of the obtained transformants to biosynthesize both ATRA (5.365 mg/L) and retinol (6.852 mg/L). Notably, β-carotene was also detected despite the absence of genes responsible for its biosynthesis, suggesting the presence of a native metabolic pathway in Y. lipolytica that facilitates the conversion of lycopene to β-carotene and subsequent downstream transformations leading to retinoid compounds.

status: finished