Ácido shikímico es un intermedio clave para la síntesis del medicamento antiviral oseltamivir (Tamiflu)

...

2.2.1. La ruta del ácido shikímico

La ruta del ácido shikímico se muestra en la Fig. 2. Este metabolicpathway se utiliza para producir los aminoácidos aromáticos que son esenciales para el crecimiento. Ácido shikímico es un intermedio en la vía. Esta vía ha sido revisado previamente (Herrmann andWeaver, 1999).

La ruta del ácido shikímico comienza con fosfoenolpiruvato (PEP) y eritrosa-4-fosfato (E4P) (Fig. 2). Estos dos compuestos primero se deben generar a partir del metabolismo de la glucosa, u otro carbohidrato. PEP se produce a través de la vía de la glicólisis (Fig. 2) mientras que la vía de las pentosas fosfato completamente independiente se utiliza para generar E4P (Fig. 2). Por lo tanto, la ruta del ácido shikímico es dependiente de la vía glucolítica y la vía de las pentosas fosfato para proporcionar los dos materiales de partida que requiere.

Por lo tanto, la ingeniería metabólica de la vía del ácido shikímico por sí solo puede ser insuficiente para aumentar el rendimiento de ácido shikímico de la fuente de carbono utilizada en una fermentación. Además, ya que el ácido shikímico se produce lejos aguas abajo en la vía metabólica con relación al punto donde la glucosa entra primero el metabolismo, canalizando el flujo de carbono a la producción de ácido shikímico puede ser difícil. Una vez E4P y PEP se han generado a través del metabolismo de hidratos de carbono en otras vías independientes, que se condensan en la ruta del ácido shikímico a través de la acción de la enzima DAHP sintasa para producir DAHP. Acción de otras tres enzimas luego convierte DAHP al ácido shikímico. Ácido Chorismic es el producto final de

la vía SA y este compuesto es el precursor común para la biosíntesis de otros productos aromáticos tales como aminoácidos aromáticos, como se muestra en la Fig. 2.

La ingeniería ruta del ácido shikímico ha implicado con mayor frecuencia la bacteria Escherichia coli. Este microorganismo tiene tres isoformas de la enzima sintasa codificada por aroF DAHP, aroG, aroH mostrar la inhibición de retroalimentación por los tres aminoácidos aromáticos, es decir, L-tirosina, L-fenilalanina y L-triptófano, respectivamente. La sintasa DAHP (aroG) de Bacillus subtilis se inhibe por la vía de corismato intermedia (Jensen y Nester, 1966a, b) (Fig. 2).

La enzima sintasa DHQ (aroB) en E. coli convierte DAHP en 3-deshidroquinato (DHQ). La enzima deshidratasa DHQ (aroD) entonces convierte DHQ en 3 deshidrosiquimato (DHS) mediante la eliminación de agua.

Posteriormente, deshidrogenasa shikimato NADPH-dependiente (aroE) reduce DHS al ácido shikímico. La limitación de velocidad enzimas de la vía del ácido shikímico de E. coli son DHQ sintasa y siquimato quinasa (Dell y Frost, 1993) (Fig. 2). Siquimato quinasa (aroL y aroK) es responsable de la conversión de ácido shikímico a shikimato-3-fosfato (Fig. 2).

En E. coli, las enzimas sintasa DHQ, DHQ deshidratasa y deshidrogenasa shikimato (Fig. 2) se expresan constitutivamente mientras que la producción de las sintasas DAHP y uno de los shikimato quinasas está regulada transcripcionalmente. Ácido shikímico inhibe deshidrogenasa shikimato (Dell y Frost, 1993).

Una ruta alternativa a microbiana del ácido shikímico es a través de la biotransformación del ácido quínico. Ciertos microorganismos (Pseudomonas, Achromobacter, Aspergillus y Neurospora crassa) pueden utilizar el ácido quínico (o su sal, quinato) como única fuente de carbono (Case et al., 1978; Da Silva et al, 1986;. Rogoff, 1958) para producir aminoácidos aromáticos a través de la ruta del ácido shikímico. Quinato entra en la ruta en el punto mostrado en la Fig. 2. cepas de E. coli diseñadas específicamente para la sobreproducción de ácido quínico a partir de glucosa también se han desarrollado (Ran et al., 2001).

2.2.2. El uso de cepas recombinantes y de ingeniería

Bacterias modificadas metabólicamente proporcionan una importante ruta emergentes para la producción de ácido shikímico a través de la fermentación (Campbell et al, 1993;.. Krämer et al, 2003). La bacteria E. coli ha sido el foco de la mayoría esfuerzo de ingeniería metabólica (Ahn et al, 2008;. Escalante et al, 2010;. Johansson y Liden, 2006; Johansson et al, 2005, 2006;. Knop et al., 2001 estudios en otras bacterias también se han reportado Yi et al, 2002, 2003), pero;..

Se han desarrollado varios enfoques de ingeniería metabólica para producir un exceso de ácido shikímico en E. coli (Ahn et al, 2008;. Chandran et al., 2003; Escalante et al, 2010;. Gibson et al., 2001; Johansson et al., 2005 ; Knop et al, 2001;.. Krämer et al, 2003). Todos estos se basan en modificaciones genéticas para alterar el metabolismo central de carbono y la ruta del ácido shikímico (Tabla 1).

La ruta del ácido shikímico requiere PEP y E4P (Fig. 2). El suministro de PEP y E4P se puede mejorar a través de la ingeniería metabólica de la vía glucolítica y la vía pentosa fosfato, respectivamente.

Ambos enfoques se han demostrado. Más de expresión de transcetolasa (tktA) resultó en el aumento de rendimiento de ácido shikímico 0,12-0,18 mol / mol y el título de 38 a 52 g / L mediante el aumento de la concentración de E4P (Knop et al., 2001).

En E. coli recombinante, un aumento de la disponibilidad de PEP ha mejorado la producción de ácido shikímico (Chandran et al, 2003;.. Yi et al, 2002) .La modificación de la vía glucolítica involucrada más de expresión de PEP sintasa (pPSA) que conduce a aumento de título de ácido shikímico a 66 g / L y el rendimiento en la glucosa de 0,23 mol / mol (Chandran et al., 2003). Se informó de la inactivación del operón PTS (PTS-), la expresión de no PTS transportadores de glucosa como facilitadores de glucosa (GLF), de la glucoquinasa (GLK) en combinación con más de expresión de gen tktA para aumentar el título de ácido shikímico a 71 g / L (. Chandran et al, 2003; Gibson et al, 2001).. Uso de la cepa de ingeniería E. coli, la concentración de ácido shikímico podría elevarse aún más to84 g / L suplementando el medio mínimo con extracto de levadura (Chandran et al., 2003). Ácido shikímico puede ser producida durante el crecimiento exponencial de la glucosa a una concentración final de 87 g / L (Chandran et al., 2003). La naturaleza de la fuente de carbono afectada la productividad de ácido shikímico (Ahn et al, 2008;.. Li et al, 1999).

En estudios anteriores, los títulos de ácido shikímico de cepas de E. coli manipuladas metabólicamente eran bajos en parte debido a la producción simultánea de ácido quínico (Knop et al., 2001).

Producción de ácido quínico durante la biosíntesis