Cofactor and Metabolic Precursor Engineering in Saccharomyces cerevisiae for Enhanced 3-Hydroxypropionic Acid Production Using an Optimized Malonyl-CoA Reductase

• Grant number: 25/01034-3
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Technical Training Program - Technical Training
• Start date: March 01, 2025
• End date: July 31, 2025
• Field of knowledge: Biological Sciences - Genetics - Molecular Genetics and Genetics of Microorganisms
• Principal Investigator: Nádia Maria Vieira Sampaio
• Grantee: Leonardo Blankenburg Lins Barroso Arruda
• Host Institution: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Campinas , SP, Brazil
• Associated research grant: 20/16759-0 - Synthetic biology tools for scalable production of biorenewable 3-hydroxypropionic acid, AP.JP

Abstract

A bioprodução pela levedura Saccharomyces cerevisiae do ácido 3-HP, uma molécula precursora de diversos químicos de interesse econômico e ambiental, necessita da expressão de um gene heterólogo, a enzima bifuncional malonil-CoA redutase (MCR). Em um projeto de anterior do grupo (FAPESP #2023/00885-4), descobrimos que a MCR de uma bactéria isolada de um ambiente de baixas temperaturas (GgMCR) resultava em uma produção de 3-HP similar à obtida a partir da expressão da MCR otimizada de Chloroflexus aurantiacus (CaMCR), a enzima mais utilizada atualmente para este fim. Após passos de engenharia racional da GgMCR identificamos um mutante (GgMCR*) capaz de superar a tradicional CaMCR em sete vezes em título de 3-HP. Neste contexto, o presente projeto visa obter um chassi de S. cerevisiae capaz de produzir altos níveis do intermediário malonil-CoA e do cofator NADPH a fim de garantir uma produção ainda maior de 3-HP a partir da expressão da enzima GgMCR*. A cepa construída será cultivada em biorreatores no sistema de batelada para caracterização de sua cinética de crescimento e consumo/produção de metabólitos. Nosso trabalho até o momento demonstrou resultados promissores em uma cepa prova-de-conceito, espera-se com o presente projeto construir uma cepa otimizada para expressão da GgMCR* e avaliar o impacto desta variante em um chassi apropriado nas métricas de produção do 3-HP. Os resultados obtidos deverão contribuir para posicionar nosso grupo de pesquisa em um lugar de destaque na comunidade científica de engenharia metabólica e biologia sintética, trazendo resultados importantes para o cenário de bioprodução de 3-HP, design de cepas bioprodutoras e de enzimas altamente eficientes.