Development of a cell factory for the production of rosmarinic acid and its derivatives from shikimate and phenylalanine pathway

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Madureira, Bruno César Pinto
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/80597
Resumo: Dissertação de mestrado em Molecular Genetics
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spelling Development of a cell factory for the production of rosmarinic acid and its derivatives from shikimate and phenylalanine pathwayDanshensuE. coli.HPLARosmarinic acidSalvianolic acid BÁcido rosmarínicoÁcido salvianólico BCiências Naturais::Ciências BiológicasDissertação de mestrado em Molecular GeneticsSociety is used to live in an oil-based economy that uses non-renewable sources of energy to its daily activities and maintenance of the industrialized civilization. However, this lifestyle is causing global warming and polluting the environment, resulting in impacts not only in the human society but also in many natural ecosystems. One of the weapons in the combat against the oil-based economy is the creation of biological processes for the production of target compounds using metabolic engineering. This advance dated around the early 90’s, has enabled engineering genes in order to achieve a better performance. Since then, microorganisms have been used as biological systems for the production of several valuable molecules, such as human insulin in Saccharomyces cerevisiae. Regardless the great variety of choices, in this work, rosmarinic acid (RA) and salvianolic acid B (Sal B), were the selected molecules to study. RA is present in several plant families and is an interesting compound because of its biological activities, such as antibacterial, antioxidant, anti-inflammatory and even antiviral effect. The other compound, Sal B, is a structural dimer of RA that is characterized as a phenolic acid compound contained in the roots of Salvia miltiorrhiza that similarly to RA has several pharmacological activities like been used in cardiovascular diseases treatment, preventing cancer and by been a strong antioxidant. On the other hand, these compounds are produced by natural extraction and by chemical synthesis, making the process very expensive, resource demanding, unable to be used in industrial level and not eco-friendly. In that way, in this study we implemented metabolic engineering strategies that tried to develop a cell factory that can overproduce hydroxyphenyllactate (HPLA) and danshensu in E. coli, since they are the two main precursors of RA. With that we obtained up to our knowledge record values for HPLA and danshensu from glucose. However, even with great quantities of HPLA and danshensu achieved, only a small amount of RA was produced by using cells with double knockouts and tyrosine supplementation. Regarding Sal B, the in vitro tests developed showed that the enzymes selected from literature were not capable of converting RA into Sal B. In that way, further studies are needed to improve the RA and Sal B production.A sociedade atualmente utiliza uma economia com base em petróleo que utiliza recursos não renováveis para as suas atividades do dia-a-dia e manutenção da civilização industrial. Contudo, este estilo de vida tem causado aquecimento global e poluição ambiental, o que resulta em impactos não só na sociedade humana, mas também em outros ecossistemas naturais. Uma das armas utilizadas contra a economia com base em petróleo é a engenharia metabólica. A sua descoberta por volta dos anos 90, permitiu modificar genes para que atinjam melhores performances. Desde aí, os microrganismos têm sido usados como sistemas biológicos para a produção de moléculas de valor, como a insulina humana em Saccharomyces cerevisiae. Dentro da grande variedade de escolhas, neste trabalho, o ácido rosmarínico (RA) e o ácido salvianólico B (Sal B) foram as moléculas escolhidas para estudar. O RA está presente em várias famílias de plantas e é um composto interessante devido às suas atividades biológicas, como o ser antibacteriano, antioxidante, anti-inflamatório e ainda antiviral. O outro composto, Sal B, é um dímero estrutural do RA e é caracterizado como um ácido fenólico contido nas raízes da Salvia miltiorrhiza que, tal como o RA, tem diversas atividades farmacológicas como o seu potencial uso em tratamento de doenças cardiovasculares, prevenção do cancro e o ser um forte antioxidante. Por outro lado, estes compostos são produzidos por extração natural ou por síntese química, o que torna o processo bastante caro, exigente em recursos, não adequado para o nível industrial e não amigo do ambiente. Tendo isso em mente, neste trabalho implementamos estratégias metabólicas de forma a desenvolver uma fábrica celular que consiga produzir hidroxifenillactato (HPLA) e danshensu em E. coli., uma vez que estes dois compostos são uns dos principais precursores do RA. Desta forma, obtivemos valores recorde de HPLA e danshensu a partir de glucose, tendo em conta o conhecimento até à data. Contudo, apesar das consideráveis quantidades de HPLA e danshensu produzidas, apenas uma pequena quantidade de RA foi conseguida utilizando células com dupla deleção génica e suplementação de tirosina. Relativamente ao Sal B, os testes in vitro demonstraram que as enzimas selecionadas a partir da literatura não são capazes de converter RA em Sal B. Em suma, mais estudos são necessários para melhorar a produção de RA e Sal B.Johansson, BjörnFaria, Cristiana SilvaUniversidade do MinhoMadureira, Bruno César Pinto20212025-01-01T00:00:00Z2021-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/80597eng202990621info:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-02-10T01:19:23Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/80597Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:52:40.225786Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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