Sci Simple

New Science Research Articles Everyday

# La biologia # Biologia sintetica

Sfruttare il lievito per la salute: il legame con l'ABA

Gli scienziati esplorano il ruolo del lievito nella produzione dell'acido abscissico per una salute migliore.

Femke Van Gaever, Paul Vandecruys, Yasmine Driege, Seo Woo Kim, Johan M. Thevelein, Rudi Beyaert, Jens Staal

― 6 leggere min


Innovazione del lievito Innovazione del lievito per la salute producono ABA. grazie a lieviti ingegnerizzati che La ricerca punta a migliorare la salute
Indice

L'Acido abscissico (ABA) è un ormone vegetale che gioca un ruolo chiave nell'aiutare le piante a affrontare lo stress e crescere bene. Aiuta le piante a far fronte a situazioni come la siccità o temperature estreme. Anche se gli scienziati hanno studiato molto i suoi effetti sulle piante, solo di recente hanno iniziato a vedere come potrebbe funzionare negli animali, compresi gli esseri umani.

ABA e Salute Animale

Le ricerche suggeriscono che l'ABA potrebbe aiutare anche gli animali con vari problemi di salute. Per esempio, ha mostrato di avere potenzialità nel trattare condizioni come la colite, il diabete di tipo 2, l'aterosclerosi (che è legata alla salute del cuore) e persino la depressione. Si trova in grandi quantità in frutti come fichi, mirtilli e albicocche, rendendo l'ABA un interessante candidato per un integratore alimentare utile per la salute.

Tuttavia, l'ABA ha alcune sfide che ne rendono difficile l'uso negli integratori. Ad esempio, non dura a lungo nel corpo, può essere costoso da produrre in grandi quantità e può degradarsi facilmente. Questo limita la sua utilità come integratore diretto per le persone.

Probiotici: I Microrganismi Amici

I probiotici sono microrganismi vivi che possono offrire benefici per la salute quando consumati. Possono aiutare a mantenere sano l'intestino, e molte persone li usano come integratori alimentari. Un tipo di probiotico che sta guadagnando attenzione è un LIEVITO chiamato Saccharomyces boulardii. Questo lievito è generalmente riconosciuto come sicuro ed è spesso usato per trattare la diarrea e altri problemi intestinali.

Negli ultimi anni, gli scienziati sono diventati creativi con i probiotici, usando l'ingegneria genetica per migliorare le loro capacità. Ad esempio, alcuni batteri sono stati modificati per combattere le infezioni o addirittura fornire trattamenti per malattie come il cancro. Ma c'è uno svantaggio: molti probiotici possono essere influenzati dagli antibiotici, il che significa che potrebbero non funzionare bene se qualcuno sta assumendo farmaci.

Lievito come Probiotico

Sebbene la maggior parte degli studi sui probiotici si sia concentrata sui batteri, i ricercatori stanno ora esaminando lieviti come S. boulardii. Questo lievito ha mostrato un grande potenziale perché ha proprietà uniche che potrebbero aiutare a produrre sostanze benefiche come l'ABA.

Ingegnerizzare un Lievito per una Salute Migliore

È iniziata la ricerca per creare una ceppo speciale di S. boulardii che potesse produrre ABA. Per fare questo, i ricercatori hanno preso geni specifici da un fungo chiamato Botrytis cinerea, una fonte naturale di ABA, e li hanno introdotti nel lievito. Hanno mirato a creare un lievito che potesse produrre alti livelli di ABA rimanendo sicuro ed efficace.

Ottenere Risultati in Laboratorio

Dopo aver modificato il lievito, gli scienziati lo hanno coltivato in laboratorio per vedere quanto ABA potesse produrre. Hanno scoperto che il lievito ingegnerizzato produceva circa 8,5-8,6 mg di ABA per litro, il che era piuttosto buono. Tuttavia, il lievito non cresceva così bene come i ceppi non modificati, suggerendo che ci potrebbe essere un compromesso tra la produzione di ABA e la crescita veloce.

Test su Topi

Per vedere quanto bene funzionava il loro lievito produttore di ABA in un sistema vivente, i ricercatori hanno deciso di testarlo sui topi. Invece di usare il metodo standard di somministrazione orale (che suona sgradevole come sembra), hanno creato un particolare regime alimentare in cui il lievito era mescolato nel cibo. In questo modo, i topi potevano mangiarlo più comodamente.

Quando i topi hanno mangiato la dieta arricchita con lievito, gli scienziati hanno rilevato alti livelli del lievito ingegnerizzato nelle loro feci, indicando che il lievito stava prosperando nell'intestino. Tuttavia, assicurarsi che il lievito producesse abbastanza ABA nel corpo era la prossima sfida.

Comprendere perché l'ABA è Basso nei Topi

Anche se il lievito ha colonizzato con successo l'intestino, misurare i livelli di ABA nel siero dei topi ha mostrato risultati sorprendentemente bassi. Questo ha lasciato molti a grattarsi la testa. Gli scienziati hanno scoperto che il lievito probabilmente produceva gran parte dell'ABA prima di essere anche mangiato, il che significa che potrebbe essere stato prodotto mentre si trovava nella ciotola del cibo. Non esattamente quello che speravano!

Problema di Temperatura

Un problema significativo è stato che la capacità del lievito di produrre ABA è diminuita bruscamente alla temperatura fisiologica dei topi—37°C. Mentre funzionava bene a 30°C, ha avuto difficoltà a temperature più elevate. Questo ha messo in evidenza un collo di bottiglia critico: il lievito doveva migliorare nella produzione di ABA alla temperatura corporea dei mammiferi.

Modificare il Lievito

I ricercatori sono tornati in laboratorio per migliorare la capacità del lievito di produrre ABA a temperature più elevate. Hanno concentrato i loro sforzi sull'ottimizzazione di diverse parti del processo produttivo per massimizzare i livelli di ABA.

Aumentare la Produzione

Per aumentare ulteriormente la produzione di ABA, hanno esplorato l'uso di ulteriori modifiche genetiche, come l'integrazione di geni che aiutano con le Vie metaboliche coinvolte nella sintesi dell'ABA. Hanno aggiunto geni da altri funghi che potrebbero aiutare il lievito a far fronte meglio alla temperatura corporea.

L'Esperienza Collettiva di Apprendimento

Attraverso numerosi esperimenti, il team ha scoperto che introducendo vari nuovi geni, come quelli che migliorano certe vie metaboliche, potevano aumentare il rendimento di ABA. Hanno osservato che mentre il lievito poteva sopravvivere, non stava producendo i livelli di ABA desiderati sotto lo stress termico di 37°C.

Ulteriori Tentativi

Nel tentativo di spingere ulteriormente la produzione, gli scienziati hanno provato a integrare geni che avrebbero permesso al lievito di superare queste limitazioni termiche. Hanno selezionato con attenzione geni noti per aiutare i lieviti a resistere meglio al calore e migliorare i processi di fermentazione.

Direzioni Future

La ricerca sull'ABA e i suoi potenziali benefici per la salute è ancora nelle fasi iniziali. C'è molto da esplorare su come questo ormone vegetale possa essere usato in modo efficace come nutraceutico. Si spera che ulteriori modifiche porteranno a un ceppo di lievito che possa produrre livelli sostanziali di ABA anche a temperature più elevate, consentendo il suo utilizzo in integratori alimentari e, possibilmente, applicazioni terapeutiche.

La Dolce Conclusione

Anche se gli scienziati hanno affrontato molte sfide nel loro viaggio per creare un lievito probiotico super, il processo è stato ricco di scoperte sorprendenti e momenti di apprendimento. E chissà? Un giorno, questo lievito potrebbe davvero aiutare le persone a sentirsi meglio o persino portare a nuovi trattamenti. Per ora, questa ricerca getta le basi, e possiamo tutti essere un po' più ottimisti sulle possibilità di nutrizione e salute che vengono dai nostri piccoli amici nel mondo dei lieviti.

Quindi la prossima volta che ti godi i tuoi frutti, ricorda, potrebbe essere più di uno spuntino: potrebbe contenere il potenziale per futuri benefici per la salute, grazie a un po' di scienza ingegnosa!

Fonte originale

Titolo: Multi-Step Pathway Engineering in Probiotic Saccharomyces boulardii for Abscisic Acid Production in the Gut

Estratto: The plant hormone abscisic acid (ABA) has gained attention for its role in animals and humans, particularly due to its protective effects in various immune and inflammatory disorders. Given its high concentrations in fruits like figs, bilberries and apricots, ABA shows promise as a nutraceutical. However scalability, short half-life and cost limit the use of ABA-enriched fruit extracts and synthetic supplements. In this study, we propose an alternative ABA administration method to overcome these challenges. We genetically engineered a strain of the probiotic Saccharomyces boulardii to produce and deliver ABA directly to the gut of mice. Using the biosynthesis pathway from Botrytis cinerea, four genes (bcaba1-4) were integrated into S. boulardii, enabling ABA production at 30{degrees}C, as previously described in Saccharomyces cerevisiae. Introducing an additional cytochrome P450 reductase gene resulted in a 7-fold increase in ABA titers, surpassing previous ABA-producing S. cerevisiae strains. Supplementation of the ABA-producing S. boulardii in the diet of mice (at a concentration of 5 x 108 CFU/g) led to effective gut colonization but resulted in low serum ABA levels (approximately 1.8 ng/mL). The absence of detectable serum ABA after administration of the ABA-producing probiotic through oral gavage, prompted further investigation to determine the underlying cause. The physiological body temperature (37{degrees}C) was identified as a major bottleneck for ABA production. Modifications to enhance the mevalonate pathway flux improved ABA levels at 37{degrees}C. However, additional modifications are needed to optimize ABA production before testing this probiotic in disease contexts in mice.

Autori: Femke Van Gaever, Paul Vandecruys, Yasmine Driege, Seo Woo Kim, Johan M. Thevelein, Rudi Beyaert, Jens Staal

Ultimo aggiornamento: 2024-12-23 00:00:00

Lingua: English

URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.22.629964

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.22.629964.full.pdf

Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.

Si ringrazia biorxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.

Articoli simili