أوغاتيا بوليمورفا
خميرة أوغاتيا بوليمورفا هي خميرة ميثيلية التغذية ذات خصائص غير عادية. تُستخدم كمصنع للبروتين في صناعة الأدوية .
ينتمي فطر Ogataea polymorpha إلى عدد محدود من أنواع الخمائر الميثيلية - وهي خمائر قادرة على النمو على الميثانول . وتشمل هذه الخمائر أنواعًا مثل Candida boidinii و Pichia methanolica و Pichia pastoris و Ogataea polymorpha . ويُصنف Ogataea polymorpha تصنيفيًا ضمن عائلة Saccharomycetaceae .
السلالات
تم التعرف على ثلاث سلالات من فطر O. polymorpha في خمسينيات القرن الماضي. ولا تزال العلاقات بينها غير واضحة، كما أنها ذات أصول مستقلة. وتوجد هذه السلالات في عينات التربة، وفي أمعاء الحشرات، أو في عصير البرتقال المركز الفاسد. وتتميز بخصائص مختلفة، وتُستخدم في البحوث الأساسية وفي إنتاج البروتينات المؤتلفة : [ 2 ]
- السلالة CBS4732 (CCY38-22-2؛ ATCC34438، NRRL-Y-5445)
- السلالة DL-1 (NRRL-Y-7560؛ ATCC26012)
- السلالة NCYC495 (CBS1976؛ ATAA14754، NRLL-Y-1798)
يمكن تهجين السلالتين CBS4732 وNCYY495، بينما لا يمكن تهجين السلالة DL-1 مع السلالتين الأخريين. تُستخدم السلالتان CBS4732 وDL-1 لإنتاج البروتينات المؤتلفة، بينما تُستخدم السلالة NCYY495 بشكل أساسي لدراسة استيعاب النترات. وقد تم تحديد التسلسل الكامل لجينوم السلالة CBS4732.
تُعدّ بكتيريا Ogataea polymorpha كائنًا دقيقًا مُتحمّلًا للحرارة، حيث تنمو بعض سلالاتها في درجات حرارة أعلى من 50 درجة مئوية (122 درجة فهرنهايت) . يستطيع هذا الكائن استيعاب النترات ، كما يمكنه النمو على مجموعة متنوعة من مصادر الكربون بالإضافة إلى الميثانول . تُراكم الخلايا التي تنمو في ظروف درجات الحرارة المرتفعة سكرًا يُسمى التريهالوز (يوجد هذا السكر عادةً في الحشرات) كمركب واقٍ من الحرارة. وقد تبيّن أن تخليق التريهالوز ليس ضروريًا للنمو في هذه الظروف، ولكنه ضروري لاكتساب القدرة على تحمّل الحرارة. وقد تمّ تفصيل خطوات تخليق التريهالوز في O. polymorpha ، كما تمّ عزل وتوصيف جين TPS1 ، وهو الجين الإنزيمي الرئيسي في هذه العملية.
تشترك جميع الخمائر الميثيلية في مسار استهلاك متطابق للميثانول (الشكل 1). يترافق النمو على الميثانول مع تكاثر هائل لعضيات خلوية تُسمى البيروكسيسومات، حيث تحدث الخطوات الإنزيمية الأولية لهذا المسار. تُعدّ خميرة O. polymorpha كائنًا نموذجيًا لدراسة جميع جوانب وظائف البيروكسيسومات والبيولوجيا الجزيئية الكامنة وراءها. أثناء النمو على الميثانول، تتواجد الإنزيمات الرئيسية لعملية استقلاب الميثانول بكميات كبيرة. ويمكن ملاحظة وفرة عالية بشكل خاص للإنزيمات المسماة MOX (أكسيداز الميثانول)، وFMDH ( نازعة هيدروجين الفورمات )، وDHAS (سينثاز ثنائي هيدروكسي أسيتون). يتم تنظيم وجودها على مستوى النسخ الجيني للجينات المعنية. في الأنواع ذات الصلة C. boidinii و P. methanolica و P. pastoris ، يعتمد التعبير الجيني لهذا الجين بشكل صارم على وجود الميثانول أو مشتقاته، بينما في O. polymorpha، يتم تحفيز التعبير القوي بواسطة مستويات مناسبة من الجلسرين أو في ظل ظروف نقص الجلوكوز. تُنتج فطر O. polymorpha بروتينات سكرية تحتوي على نوعين من سلاسل السكر، حيث ترتبط السكريات المرتبطة بالنيتروجين (N) والسكريات المرتبطة بالأكسجين (O) بالبروتين. وقد كشفت الدراسات التي أُجريت على بنية السلاسل المرتبطة بالنيتروجين عن طول متوسط معين (Man8-12GlcNAc2) مع بقايا مانوز طرفية مرتبطة برابطة ألفا-1،2، وليس مع بقايا مانوز طرفية مسببة للحساسية مرتبطة برابطة ألفا-1،3 كما هو الحال في أنواع الخميرة الأخرى، وخاصة في خميرة الخباز Saccharomyces cerevisiae .
التطبيقات البيوتكنولوجية
تُوفّر خميرة Ogataea polymorpha، بخصائصها الفريدة، منصةً ممتازةً لإنتاج البروتينات بتقنية الجينات، لا سيما المستحضرات الصيدلانية مثل الأنسولين لعلاج داء السكري ، ولقاحات التهاب الكبد B ، والإنترفيرون ألفا-2أ لعلاج التهاب الكبد C. وتُستخدم مشتقات كلٍّ من CBS4732 وDL-1 في إنتاج هذه المركبات المُعاد تركيبها. ومن الخمائر الأخرى المُستخدمة في هذا التطبيق: Pichia pastoris و Arxula adeninivorans و Saccharomyces cerevisiae وغيرها.
مثل أنواع الخميرة الأخرى، تُعدّ خميرة O. polymorpha كائنًا دقيقًا يُمكن زراعته في مُخمّرات كبيرة الحجم ليصل إلى كثافة خلوية عالية في وقت قصير. وهي كائن آمن لعدم احتوائها على مولدات الحمى أو مسببات الأمراض أو الفيروسات. كما أنها قادرة على إطلاق مركبات في وسط الاستزراع لاحتوائها على جميع المكونات اللازمة للإفراز (وهذا ليس الحال مع بكتيريا مثل الإشريكية القولونية، على سبيل المثال ). وتُوفّر هذه الخميرة مكونات جينية قيّمة لإنتاج البروتينات بكفاءة عالية.
يوضح الشكل 2 التصميم العام للناقل (وسيلة وراثية لتحويل سلالة من الخميرة إلى منتجة بروتين معدلة وراثيًا). يجب أن يحتوي الناقل على عدة عناصر وراثية: 1. علامة اختيار، ضرورية لاختيار سلالة مُحوَّلة من سلالة غير مُحوَّلة - يمكن تحقيق ذلك، على سبيل المثال، إذا مكّن هذا العنصر سلالة ناقصة من النمو في ظروف استزراع خالية من مركب معين، مثل حمض أميني معين لا تستطيع السلالة الناقصة إنتاجه. 2. عناصر معينة لنشر الحمض النووي الغريب وتوجيهه إلى كروموسوم الخميرة (تسلسل ARS و/أو تسلسل rDNA). 3. قطعة مسؤولة عن إنتاج مركب البروتين المطلوب، تُسمى كاسيت التعبير. يتكون هذا الكاسيت من تسلسل من العناصر التنظيمية، ومحفز يتحكم في كمية وظروف نسخ تسلسل جيني لاحق، وبالتالي كمية البروتين المُنتَج في النهاية. هذا يعني أن الجزء الذي يلي المحفز متغير تبعًا للمنتج المطلوب؛ فقد يكون تسلسلًا يحدد الأحماض الأمينية اللازمة لإنتاج الأنسولين، أو لقاح التهاب الكبد ب، أو الإنترفيرون. وينتهي شريط التعبير بتسلسل إنهاء لاحق يوفر توقفًا مناسبًا لعملية النسخ. تُشتق عناصر المحفز في نظام O. polymorpha من جينات عالية التعبير، مثل جين MOX، أو جين FMD ، أو جين TPS1 المذكور سابقًا. وهي ليست قوية فحسب، بل يمكن تنظيمها أيضًا بإضافة مصادر كربون معينة كالسكر أو الميثانول أو الجلسرين.
في عام 2000، تأسست جمعية غير رسمية للعلماء باسم HPWN ( الشبكة العالمية لـ Hansenula polymorpha ) على يد مارتن فينهاوس من جرونينجن، وجيرد جيليسن من دوسلدورف. وتُعقد اجتماعاتها كل عامين.
يتم استغلال جاذبية منصة O. polymorpha تجاريًا من قبل العديد من شركات التكنولوجيا الحيوية لتطوير عمليات الإنتاج، ومن بينها شركة PharmedArtis، التي تقع في آخن بألمانيا، ومعهد لايبنيز لعلم الوراثة النباتية وأبحاث زراعة النباتات (IPK).
مراجع
- ^ " Ogataea polymorpha (Morais & MH Maia) Y. Yamada, K. Maeda & Mikata, Biosc., Biotechn., Biochem. 58(7): 1254 (1994)" . مؤشر الفطريات . تم الاسترجاع 27 يونيو، 2011 .
- ↑ تشانغ، جيا؛ باي، جينلونغ؛ شاو، تشي؛ وانغ، هيمو؛ فان، هوان؛ ياو، تونغ أون؛ بو، وينجون؛ روان، جيشو؛ وي، دونغشنغ؛ غاو، شان (4 أبريل 2022). "الجينوم الكامل لسلالة Ogataea polymorpha CBS4732 ura3Δ يكشف عن أجزاء مكررة كبيرة في المناطق شبه الطرفية" . مجلة Frontiers in Microbiology . 13 855666. doi : 10.3389/fmicb.2022.855666 . PMC 9019687. PMID 35464988 .
فهرس
- مسعود رمزاني راد؛ كورنيليس ب. هولينبيرج؛ يورغن لاوبر؛ هولجر ويدلر؛ إيكي جريس؛ كريستيان فاغنر؛ كاج ألبيرمان؛ جان هاني؛ مايكل بيونتيك؛ أولريك داليمز؛ جيرد جيليسن (2003). " جينوم هانسنولا متعدد الأشكال (سلالة CBS4732) - التسلسل والتحليل" . أبحاث الخميرة FEMS . 4 (2): 207–215 . دوى : 10.1016/S1567-1356(03)00125-9 . بميد 14613885 .
- جيرد جيليسن؛ جوتهارد كونزي؛ كلود جيلاردين؛ جيمس م. كريج. إنريكو بيراردي؛ مارتن فينهويس؛ إيدا فان دير كلي (2005). "منصات تعبير الخميرة الجديدة القائمة على الميثيلوتروفيك هانسنولا متعدد الأشكال و بيتشيا باستوريس و ثنائي الشكل أركسولا أدينينيفورانس و يارويا ليبوليتيكا - مقارنة" . أبحاث الخميرة FEMS . 5 (11): 1079-1096 . دوى : 10.1016/j.femsyr.2005.06.004 . اتش دي ال : 11370/bf6ece15-0920-475a-8ef2-d16a002629bb . بميد 16144775 .
- جيرد جيليسن، محرر (2002).هانسنولا بوليمورفا - علم الأحياء والتطبيقات . فاينهايم: وايلي-في سي إتش. رقم ISBN 3-527-30341-3.
- جيرد جيليسن (محرر). (2005). إنتاج البروتينات المؤتلفة - أنظمة التعبير الميكروبية وحقيقية النواة الجديدة . فاينهايم: وايلي-في سي إتش. رقم ISBN 3-527-31036-3.
روابط خارجية
- الخمائر
- الفطريات التي تم وصفها عام 1959
- الفطريات البيشيوميسيتية
- أنواع الفطريات