Project

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Deciphering pathways of fatty acid efflux and their use to optimize microbial cell factories

English title Deciphering pathways of fatty acid efflux and their use to optimize microbial cell factories
Applicant Schneiter Roger
Number 182725
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Division de Biochimie Département de Biologie Université de Fribourg
Institution of higher education University of Fribourg - FR
Main discipline Biochemistry
Start/End 01.02.2019 - 31.01.2023
Approved amount 379'614.00
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All Disciplines (4)

Discipline
Biochemistry
Metabolic Disorders
Cellular Biology, Cytology
Experimental Microbiology

Keywords (5)

efflux pump; yeast; lipid transport; biotechnology; fatty acid efflux

Lay Summary (German)

Lead
Die Kernfrage dieses Forschungsprojektes lautet: Wie werden Fettsäuren aus Zellen exportiert? Diese grundlegende Frage ist von hoher medizinischer und angewandter Bedeutung. Es ist von medizinischer Bedeutung, da die fettspeichernden Adipozyten durch Hunger induziert große Mengen an freien Fettsäuren in den Kreislauf freisetzen. Dieser lipolytische Weg ist eng mit Stoffwechselstörungen wie Fettleibigkeit, Diabetes und chronischen Entzündungen verbunden. Die Frage ist von praktischer Relevanz, da ein grosses kommerzielles Interesse daran besteht, nachhaltige Quellen für die Produktion von Biotreibstoff zu etablieren, d. h. der Herstellung von Fettsäurederivaten durch mikrobielle Fermentation. Angesichts der Bedeutung dieses Fettsäuretransport-Weges ist es überraschend, wie wenig wir darüber wissen. Im Wesentlichen wissen wir nur, dass Fettsäuren aus den Zellen heraus transportiert werden, aber wir verstehen nicht, wie dieser Transport auf molekularer Ebene bewerkstelligt wird.
Lay summary

Inhalte und Ziele des Forschungsprojekts

Die Ziele des Projekts sind zweifach. Zunächst versuchen wir, molekulare Komponenten zu identifizieren, welche für den zellulären Export von Fettsäure erforderlich sind. Wir hoffen, diese mittels eines genetischen Screens in der Bäckerhefe, Saccharomyces cerevisiae, zu erreichen. Dieser genetische Screen wird durch einen analytischen Ansatz zur Identifizierung von Genen und deren Produkten in ölhaltigen Hefearten Starmerella bombicola und Yarrowia lipolytica ergänzt. Dieser ab initio Ansatz wird durch einen Kandidatengenansatz ergänzt, bei dem wir testen, ob kleine sekretierte Fettsäure-bindende Proteine eine Rolle im Export von Fettsäuren spielen. Unsere vorläufigen Daten zeigen, dass die Repression eines kleinen sekretierten Fettsäure-bindenden Proteins tatsächlich den Export von freien Fettsäuren stoppt.
Das zweite Ziel des Projekts besteht darin, das aus den oben genannten Ansätzen gewonnene Wissen anzuwenden, um die Effizienz der Fettsäuresekretion und somit die Gesamtausbeute an Fettsäuren, die von S. cerevisiae und ölhaltigen Hefen produziert werden können, zu verbessern. Wenn dies erreicht werden kann, werden wir versuchen, die Substratspezifität der identifizierten Effluxkomponenten zu modifizieren, um dadurch auch den Export von verwandten kleinen hydrophoben Komponenten, deren biotechnologische Produktion von Bedeutung ist, wie z. B. Fettalkoholen, Dicarbonsäuren und mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFAs), zu ermöglichen.

Direct link to Lay Summary Last update: 23.11.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
173003 Lipid Storage, Binding, and Export 01.12.2017 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The question addressed in this research proposal is: how are fatty acid exported from cells? This basic question is of high medical and applied importance. It is of medical importance because the fat storing adipocytes of humans release large quantities of free fatty acids into the circulation upon starvation induced lipolysis, i.e., the lipase-mediated degradation of fat depots. This lipolytic pathway and its resulting accumulation of free fatty acids is intimately linked to metabolic disorders such as obesity, type 2 diabetes and chronic inflammation. The question is of applied relevance because there is a large commercial interest in establishing sustainable sources of biofuel production, i.e., the production of fatty acid derivatives through microbial fermentation. Given the importance of this fatty acid efflux pathway, it is surprising to realize how little we actually know about it. We essentially only know that fatty acid efflux occurs but, we do not know how it occurs at a genetic and molecular level: no transporters or carriers have yet been identified.The aims of the project are twofold. First, we seek to identify molecular components that are required for fatty acid efflux to occur. We hope to achieve this by performing a genetic screen in baker’s yeast, Saccharomyces cerevisiae, to isolate mutants that are synthetic lethal or synthetic sick under conditions when export of free fatty acids is blocked, leading to their toxic accumulation. This genetic screen will be complemented by a more analytical approach to identify genes and their products being upregulated in the oleaginous yeast species, Starmerella bombicola and Yarrowia lipolytica under conditions where these yeasts secrete large quantities of fatty acids into the culture medium. Candidate genes will then be downregulated and the time-dependent intracellular accumulation of free fatty acids will be monitored. This ab initio approach will be complemented by a candidate gene approach in which we will test whether small secreted fatty acid-binding proteins play a role in the efflux pathway. Our preliminary data indicate that depletion of a small secreted fatty acid-binding protein indeed halts the efflux of free fatty acids.The second aim of the project is to apply the knowledge gained from the above-mentioned approaches to improve the efficiency of fatty acid secretion and thus the overall yield of fatty acids that can be produced by S. cerevisiae and oleaginous yeasts. If this can be achieved, we will aim at modifying the substrate specificity of the identified efflux components to allow for tailored recognition of related small hydrophobic components whose biotechnological production is of relevance, such as fatty alcohols, dicarboxylic acids and polyunsaturated fatty acids (PUFAs).
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