Proteomic analysis of the peroxisomal membrane of Penicillium chrysogenum

Productie van penicilline kan verbeterd worden

Het proefschrift van Marta Woszczynska gaat over de vraag hoe de productie van penicilline-antibiotica kan worden vergroot. Zij deed daarvoor onderzoek naar de biochemische processen in Penicillium chrysogenum, een draadvormige schimmel die in de farmaceutische industrie wordt gebruikt.

Penicillines hebben een gemeenschappelijke structuur, maar de diverse antibiotica hebben verschillende zijketens. Tijdens de biosynthese wordt de kernstructuur van het molecuul gemaakt in het cytosol van de schimmel, terwijl de zij-ketens gekoppeld worden in subcellulaire compartimenten die microbodies worden genoemd.

De zijketens bestaan gewoonlijk uit organische zuren die eerst geactiveerd moeten worden met co-enzym A. Voor deze reactie is energie in de vorm van ATP nodig. Dit ATP wordt echter geproduceerd in het cytosol. Voordat activatie van de zijketens kan optreden, moet het daarom eerst in de microbody opgenomen worden. In haar proefschrift identificeert Woszczynska een transporter in de microbody, die verantwoordelijk is voor de opname van ATP in de microbody. Als het gen dat codeert voor deze transporter wordt uitgeschakeld, is de productie van penicilline ernstig belemmerd.

Industriële Penicillium-stammen zijn verkregen door langdurige klassieke veredelingsprogramma’s, waarbij de schimmel blootgesteld wordt aan chemische verbindingen die genoomwijde mutaties en duplicatie van genen veroorzaken. Het cluster van genen dat betrokken is bij penicilline-biosynthese bevat drie genen. In een vroegere productiestam is dit cluster aanwezig in acht kopieën. Om te bepalen wat de bijdrage van dit zogenaamde gen-dosis effect is, hebben we het aantal kopieën gevarieerd tussen één en acht in een stam die bekend staat voor hoge penicillineproductie. Penicillineproductie nam niet lineair toe met het aantal kopieën, maar toonde een verzadiging bij twee tot drie kopieën.

Verdere analyse liet zien dat deze verzadiging het gevolg was van een niet-lineaire toename in de hoeveelheid van acyltransferase in de microbody, een enzym dat verantwoordelijk is voor de koppeling van de zijketens aan de kernstructuur van de penicilline. De resultaten laten zien dat microbodies een sleutelrol vervullen in penicillineproductie en bieden nieuwe mogelijkheden om de productie van deze belangrijke klasse antibiotica te verbeteren.

Het onderzoek van Marta Woszczynska (Polen) werd uit gevoerd bij het Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute (GBB) van de RUG en gefinancierd door B-Basic, NWO. Haar nieuwe werkgever is Patheon Biologics, Groningen, waar ze een aanstelling heeft als Manager Analytical Science.