V biovýrobě je často žádoucí oddělit hladiny enzymů a aktivity od rychlosti růstu bakterií. Když je konstitutivně exprimován gen kódující enzym, který se používá k produkci cílové chemikálie, produkce zvolené chemické látky je omezená, protože většina uhlíku je odkloněna do produkce biomasy. K řešení tohoto problému bylo použito mnoho různých přístupů. Nejčastěji se genová exprese zapíná ve specifických fázích bakteriálního růstu, aby se řídilo načasování produkce proteinu. Nedávný článek v Syntetická biologie ACS představuje „FENIX“, nový posttranslační systém pro oddělení biosyntézy od růstu. 1
Zatímco většina strategií odpojování spoléhá na „zapnutí“ ke zpoždění indukce genové exprese, jedinečný systém FENIX je „vypínač“, který zastaví degradaci sledovaného proteinu. FENIX kombinuje dva různé mechanismy degradace proteinů, jeden, který je nativní Escherichia coli hostitel a ten, který je představen. Sekvence kódující C-koncovou peptidovou značku Ssra je fúzována s požadovaným genem, který je exprimován z plazmidu. Tato značka má za následek kontinuální degradaci sledovaného proteinu proteázami vždy přítomnými v hostitelském organismu (ClpXP a ClpAP). Bezprostředně proti směru transkripce od značky Ssra je kódována další peptidová značka, která je rozpoznávána nenativní proteázou NIa (používá se při zpracování virového polypeptidu). NIa je kódován na druhém plazmidu pod kontrolou indukovatelného promotoru. Když je indukována exprese genu kódujícího NIa, dojde ke štěpení polypeptidu v cílovém místě NIa, čímž se odstraní značka Ssra ze zbytku proteinu. Protože požadovaný gen již byl exprimován, vypnutí degradace umožňuje rychlou akumulaci proteinu.
Autoři zpočátku použili fluorescenční proteiny, aby úspěšně prokázali, že systém FENIX umožňuje jak těsnou kontrolu, tak rychlou indukci sledovaného proteinu. Poté systém aplikovali na výrobu obnovitelného plastového polymeru, polyhydroxybutrátu (PHB). Mnoho skupin převzalo geny kódující tři enzymy potřebné pro produkci PHB, phaC, phaA a phaB od Cupriavidus necatora vyjádřil je v E. coli, 2 , – 5 s dosud omezenými výnosy. Substrátem pro produkci PHB je acetyl-CoA, jeden z hlavních center pro tok uhlíku a elektronů v metabolismu. Autoři předpokládali, že oddělením akumulace a aktivity enzymu PhaA od exponenciální fáze bakteriálního růstu by se snížila kompetice o acetyl-CoA a bylo by možné dosáhnout vyšších rychlostí a celkových výtěžků produkce PHB. Ukázali, že použitím systému FENIX ke kontrole hladin PhaA (a konstitutivně exprimujícímu phaB a phaC), byla možná akumulace aktivity PhaA a produkce PHB nezávislá na růstu. Nakonec autoři prokázali, že tento systém může fungovat jako posttranslační metabolický spínač, který umožňuje odklon uhlíku a elektronů od produkce acetátu směrem k produkci PHB.
Celkově lze říci, že posttranslační systém FENIX prezentovaný v této práci představuje zajímavý alternativní přístup k řešení problému přesné časové kontroly hladin enzymů. in vivo. Bude zajímavé porovnat vliv kontinuální produkce a degradace proteinu na celkovou buněčnou zátěž s transkripčními a translačními regulačními přístupy. Jedno vzrušující potenciální využití tohoto systému by mohlo být při konstrukci okruhů metabolické zpětné vazby, což je současná oblast intenzivní aktivity v syntetickém metabolickém inženýrství.
