Сквален вызывает значительный коммерческий и фармацевтический интерес благодаря своим заметным биоактивным свойствам, включая антиоксидантную, противовоспалительную, противомикробную и противоопухолевую активность. Эти свойства сделали сквален ценным соединением, широко используемым в косметике и нутрицевтике, а также в качестве иммуноадъюванта в вакцинах. Традиционно сквален извлекали из масла печени акулы, однако эта практика все чаще рассматривается как экологически неустойчивая и экономически ограниченная в условиях растущего мирового спроса. Но есть и альтернативные растительные источники сквалена, прежде всего, амарант. Теперь к нему добавится табак после определенной генетической манипуляции.
Табак (Nicotiana tabacum) обладает явными преимуществами в качестве платформы для биопроизводства сквалена, такими как высокая урожайность биомассы и интенсивный вторичный метаболизм, что часто делает его превосходящим другие системы экспрессии растений.
В нескольких исследованиях успешно была проведена генная инженерия табака для производства каротиноидов, астаксантина и даже вакцинных антигенов, что подчеркивает его универсальность в качестве растительного биореактора. Таким образом, табак также может быть подходящей основой для биосинтеза сквалена путем экспрессии высокоэффективной скваленсинтазы и манипулирования метаболическими путями.
Однако эффективное гетерологическое производство сквалена в табаке остается недостаточно изученным, особенно в отношении выбора и функциональной характеристики высокоактивных ферментов SQS.
Растительные SQS были выделены и идентифицированы из различных растений, включая табак, резуховидку Таля, камелию масличную, женьшень обыкновенный, птицемлечник, торрею большую и ашваганду.
Большинство исследований показали, что SQS играет решающую регуляторную роль в биосинтезе фитостеролов.
У ашваганды (Withania somnifera) были идентифицированы три скваленсинтазы: первая — WsSQS (номер доступа GenBank GU474427), а сверхэкспрессия WsSQS продемонстрировала значительное усиление активности скваленсинтазы и производства стероидного лактонового фитосоединения витанолида в клеточных суспензиях W. somnifera, в то время как подавление скваленсинтазы W. somnifera негативно регулирует гены, связанные со стеролами и защитой, что приводит к снижению содержания витанолидов и устойчивости к биотическому стрессу.
Были идентифицированы два различных клона кДНК WsSQS, WsSQS и WsSQS2. Оба были функционально охарактеризованы с помощью ферментных анализов in vitro, и их изучение позволило получить представление о регуляции пути биосинтеза витанолида. Однако сравнительная эффективность и регуляторное воздействие WsSQS и WsSQS2 в гетерологичной растительной системе остаются неизвестными.
Китайские исследователи (Пекинская академия наук о жизни; Ключевая лаборатория синтетической биологии Министерства сельского хозяйства и сельских дел, Институт исследований табака Китайской академии сельскохозяйственных наук) отобрали и проанализировали два гена SQS из W. somnifera и впервые трансформировали эти два гена в N. tabacum. Сверхэкспрессия WsSQS и WsSQS2 усилила производство сквалена в табаке. Транскриптомный анализ дополнительно выявил различные молекулярные механизмы регуляции, лежащие в основе двух генов SQS.
Гетерологическая экспрессия WsSQS и WsSQS2 в табаке увеличила содержание сквалена в 2,05 и 1,68 раза соответственно, при этом линии OE- WsSQS достигли 3,19 мкг/г сухой массы, а линии OE- WsSQS2 — 2,58 мкг/г сухой массы по сравнению с контрольными растениями. Исследование предоставляет фундаментальные молекулярные и биохимические данные об использовании гетерологичных SQS для производства сквалена на основе табачной матрицы.
Источник: Agronomy 2026, doi.org/10.3390/agronomy16010012