Cette étude est publiée dans la revue Nature Biotechnology, le DOI est 10.1038/s41587-024-02267-3. Les auteurs correspondants sont Chen Haihong, Wang Yaohong et al. de l’Université de l’Est de la Chine. La date de publication est le 26 avril 2024. Cet article étudie la production élevée de chlorophylle par ingénierie métabolique et catalyse biologique.

Contexte de la recherche

La chlorophylle et ses dérivés ont de larges applications dans les domaines de la médecine, de l’alimentation, de l’énergie et des matériaux, mais la production efficace de ces composés représente un grand défi. Les chercheurs ont utilisé des bactéries photosynthétiques non sulfureuses pourpres Rhodobacter sphaeroides comme usine cellulaire efficace et ont combiné la catalyse enzymatique avec l’ingénierie métabolique pour produire des composés chlorophylliens.

Processus de recherche

Conception du processus

Le processus de recherche comprend les étapes d’édition génétique, de promotion de la fermentation, de régulation métabolique et de catalyse enzymatique.

Édition génétique

L’équipe de recherche a découvert le gène cible heMN dans R. sphaeroides grâce à un criblage à l’échelle du génome par CRISPRi, ouvrant ainsi la possibilité d’améliorer la production de coproporphyrine III (CPIII).

Promotion de la fermentation

En appliquant une régulation temporelle du système à deux composants PrrAB et une stratégie de fermentation en lots répétés, une concentration élevée de CPIII a été obtenue, atteignant 16,5 g/L.

Régulation métabolique

Les chercheurs ont régulé les voies métaboliques et, en adaptant le système d’activation et l’étude du régulateur anaérobie global FnRL, ont encore amélioré la production de CPIII.

Catalyse enzymatique

Après le criblage et l’optimisation des enzymes chélatantes des métaux et des coprohémines décarboxylases à haute activité, diverses métalloporphyrines, y compris l’hème et l’agent antitumoral zincphyrin, ont été synthétisées par catalyse enzymatique dans un bioréacteur de 5 litres.

Principaux résultats

La production de CPIII a été significativement augmentée dans la fermentation en lots répétés, et diverses métalloporphyrines ont été synthétisées avec succès par catalyse enzymatique subséquente. Après la fermentation à l’échelle pilote de 200 litres et l’établissement du processus de purification de CPIII, l’hème et le zincphyrin ont été produits par catalyse enzymatique dans un bioréacteur de 5 litres.

Conclusion

Cette étude offre une nouvelle voie pour la production biologique à haut rendement de porphyrines et de composés connexes, montrant à la fois le potentiel de production à grande échelle et la faisabilité économique de combiner des usines cellulaires d’ingénierie avec une catalyse enzymatique in vitro pour des applications pratiques.

Importance de la recherche

Cette méthode innovante contribuera à la production à grande échelle d’hème et d’autres composés porphyriniques précieux de manière écologique et efficace, favorisant ainsi le développement des industries pharmaceutiques, des additifs alimentaires et même de la viande synthétique.

Remarque spéciale

Cette étude a utilisé la méthode d’interférence CRISPR (CRISPRi) et la technologie de criblage à haut débit, qui jettent les bases du développement et de l’optimisation ultérieurs des usines cellulaires microbiennes. De plus, l’analyse technico-économique proposée dans cette étude pour évaluer le potentiel industriel et la faisabilité financière offre une nouvelle orientation dans le domaine de la production de porphyrines.