Las plataformas de fábricas de células microbianas tales como E. coli y levadura pueden cultivarse hasta densidades celulares elevadas utilizando un medio definido con, por ejemplo, glucosa o glicerol. Sin embargo, los altos niveles de producción de proteínas imponen una mayor demanda de aminoácidos. Esto implica una mayor demanda de síntesis de aminoácidos de novo, es decir, precursores biosintéticos de aminoácidos y energía requerida. La suplementación directa de aminoácidos al medio de crecimiento da como resultado títulos de proteínas recombinantes más altos en E. coli. De manera similar, varios estudios han informado una mejora en la producción de proteínas en diferentes cepas prototróficas de levadura que crecen en medios definidos al complementarlas con aminoácidos específicos. Coherentemente, los medios ricos en complejos tienen un efecto positivo significativo sobre la producción de proteínas recombinantes, como se muestra para varias levaduras.
La expresión de alto nivel de proteínas heterólogas y su secreción también provocan un aumento de la demanda de energía, que es suministrada por el metabolismo del carbono central, lo que da lugar a importantes redistribuciones del flujo metabólico. Se ha demostrado que el uso de sustratos de carbono auxiliares, es decir, la utilización simultánea de dos sustratos distintos, aumenta los rendimientos de crecimiento en varias levaduras, muy probablemente porque la cantidad de energía disponible de los sustratos es mayor cuando las células se cultivan en la mezcla de sustratos. que cuando se cultivan en cada fuente de carbono individualmente. Se ha demostrado que el uso de sustratos mixtos estimula la producción de proteínas recombinantes en la levadura. La suplementación de acetato con medios mínimos de glucosa o glicerol de Schizosaccharomyces pombe recombinante que secreta una proteína modelo (maltasa) en cultivos de quimiostato aeróbico mejoró la secreción de proteínas. La co-alimentación de acetato permitió un mayor flujo de carbono a través del ciclo de TCA, así como una mayor producción de NADPH mitocondrial.
De manera similar, se ha demostrado que la suplementación de P. pastoris recombinante que crece en metanol con sorbitol o glicerol aumenta la productividad de las proteínas recombinantes en biorreactores de tanques de acero inoxidable. Por lo general, los cultivos de P. pastoris recombinante de alta densidad celular en lotes alimentados basados en el promotor AOX (alcohol oxidasa) regulado por metanol tienen tres fases: una fase de lote de crecimiento que utiliza glicerol como fuente de carbono, seguida de una fase de lote de transición con glicerol mezclado / alimentación de metanol, y la fase de inducción en la que se utiliza metanol como única fuente de carbono. El punto clave para maximizar la productividad y minimizar la carga metabólica del bioproceso es la fase de inducción. Algunos estudios han sugerido que la carga de energía de adenilato de P. pastoris se ve afectada por la expresión de proteínas recombinantes en condiciones inductoras de metanol. En particular, Plantz et al. informó que la carga de energía (CE) cayó de 0,75 (justo después de la transición del lote de glicerol a la fase de inducción de metanol) a 0,6 al final de la fase de alimentación de metanol, principalmente debido a una disminución constante de ATP y el aumento concomitante de ADP a lo largo de esta fase. Esta observación se correlacionó con una disminución en la tasa de producción específica de proteína recombinante.
Dado que las reservas de adenilatos influyen en la síntesis y secreción de proteínas, estos estudios apoyan la hipótesis de que el metanol como única fuente de carbono no puede sostener las demandas de carbono y energía para sostener tanto el crecimiento como la producción de proteínas secretadas recombinantes durante períodos prolongados. Por el contrario, los cultivos de quimiostato en estado estable de glucosa / metanol mezclados fueron capaces de mantener niveles estables de secreción de proteína recombinante, correlacionados con valores de CE altos y estables de aproximadamente 0,9. Esto podría explicar los niveles mejorados de productividad observados en cultivos de lotes alimentados de P. pastoris utilizando estrategias de alimentación de fuentes de metanol / multicarbonos, es decir, mediante el uso de sustratos mixtos se pueden mantener altos niveles de CE a lo largo de toda la fase de producción.
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