L-Phenylalanine Biosensor in Saccharomyces cerevisiae
Date
2019
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Tartu Ülikool
Abstract
In English: In vivo biosensors can be used for the detection of intracellular and extracellular stimuli
leading to a reporter molecule response. Biosensors are becoming increasingly popular in
synthetic biology and metabolic engineering for implementation in synthetic pathways to
control the expression of reporter genes in response to specific metabolites or external
tors. In vivo biosensors are generally divided into three categories: transcription-based,
translation-based and post-translational biosensors. L-phenylalanine is one of the most
demanded amino acids and it faces an increasing commercial interest since it is a precursor
metabolite for flavonoids and other chemicals including the artificial sweetener aspartame,
vanillin, aromadedrin, rutin and many others. Therefore, it is of interest in various
tries such as pharmaceutical, cosmetic and biotechnology. L-phenylalanine is one of the
aromatic amino acids yielded from the Shikimate pathway, also including tyrosine and
tryptophan. In this paper the author constructed a transcription factor-based Lphenylalanine
biosensor in the yeast Saccharomyces cerevisiae. The newly constructed
strain has two genetic constructs integrated into its genome. First construct uses
tional regulatory protein TyrR which forms a dimer only in the presence of Lphenylalanine.
The dimer later binds to a TYR strong box sequence in the CYC1p_T1
promoter region of the second construct initiating green fluorescent protein production
resulting in a fluorescent signal.
Eesti keeles: In vivo biosensoreid võimaldavad detekteerida kindlaid rakusiseseid või -väliseid
stiimuleid ning reageerida neile mõne soovitud molekulaarse vastusega. Biosensorite
kasutamine on tänu sünteetilise bioloogia ning metaboolse inseneerimise metoodikate
arengule pidevalt kasvanud, sest võimaldab kontrollida ning reguleerida soovitud valkude
või metaboliitide tasemeid rakus. In vivo biosensorid jagatakse tavaliselt kolmeks: (i)
transkriptsiooni-põhised, (ii) translatsiooni-põhised ning (iii) translatsiooni-järgsed
biosensorid. L-fenüülalaniin on aminohape ning prekursor-molekul näiteks flavanoididele
– keemiliste elementide grupile, kuhu kuuluvad ka kunstlik magusaine aspartaam, vaniliin,
aromadedriin, rutiin ning paljud teised kemikaalid. Seetõttu on sel molekulile suur
kommertsiaalne huvi nii farmaatsias, kosmeetika-tööstuses kui biotehnoloogias. Lfenüülalaniini
biosünteesitakse Sikimaadi rajas, mis toodab ka teisi aromaatseid
aminohappeid nagu türosiin ja trüptofaan. Käesolevas lõputöös kirjeldatakse
transkriptsioonifaktori meetodil põhinevat L-fenüülalaniini biosensori konstrueerimist
pärmis Saccharomyces cerevisiae. Uudset biosensorit sisaldava pärmi tüve genoomi on
lisatud kaks uut kostrukti. Esimene konstrukt kasutab transkriptsiooni regulaator-valku
TyrR, mis moodustab dimeerse kompleksi vaid L-fenüülalaniini juuresolekul. Dimeerne
TyrR kompleks on aga võimaline seonduma TYR ‟strong box‟ järjestusega CYCp_T1
promootor-regioonis teise kontruktiga, mis seejärel initsieerib rohelise floresentsvalgu
sünteesi, mis ongi disainitud biosensori väljund-signaal.
Description
Keywords
L-phenylalanine, biosensor, Saccharomyces cerevisiae, transcription factor, TyrR ry protein, Shikimate pathway, flavonoids, L-fenüülalaniini, transkriptsiooni faktor, flavonoidid