新技术改善了微生物的定向演变

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内森骗子 nccrook@ncsu.edu.

哑光船员 matt_shipman@ncsu.edu.

北卡罗来纳州立大学的研究人员已经开发并展示了一种控制细菌的指导演变的新技术。该技术可用于更好地用于更好的工程微生物用于生物制药和化学制造。

“我们的技术允许用户修改的基因比以前的技术多10倍，”北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程助理教授内森·克鲁克(Nathan Crook)说，他是该研究论文的通讯作者。“以前的定向进化技术允许你一次设计三个基因。我们的方法允许你一次调整多达30个基因。此外，我们的方法比以前的技术更易于自动化，大大减少了过程的困难和耗时。”

新技术称为诱导型导向演化（IDE），与已建立的定向演变不同，因为它利用诱导溶血性噬菌体。溶菌性噬菌体是能够在再现和破坏细胞之前延长宿主细菌内部的病毒。具体地，研究人员使用诱导溶血性噬菌体，其不会再现并破坏细胞直至接受特定信号。在这种情况下，该信号是引入特定的单糖或简单的糖。

“其他噬菌体在被引入细胞后尽快开始再现，”骗子说。“如果您使用那些噬菌体将工程DNA引入细胞中，这意味着您对这些工程突变的时间很少，导致细胞行为或细胞正在产生的产品中的可观察变化。

“通过使用诱导溶原性噬菌体，我们可以将一段工程DNA导入细胞，并立即阻止噬菌体复制。在触发噬菌体复制之前，我们可以给突变的DNA几天或几周的时间来完成它的工作。这给了我们更多的时间，让工程突变改变细胞的行为，或让细胞大量生产我们试图创造的任何产品。”

为了证明IDE的有效性，研究人员修改了一种大肠杆菌。具体而言，研究人员设计了细菌，以有效地消耗碳源大肠杆菌通常无法崩溃。

“我们的示范表明，IDE能够对细菌进行精细调整的变化，”骗子说。“我们选择了大肠杆菌因为它已经被行业广泛使用，以创造生物制药和其他化学品。更重要的是，我们认为大肠杆菌作为益生菌设计师，我们认为IDE可以帮助实现这一承诺。”

本文，“细菌复杂表型的诱导定向进化发表在该杂志上核酸研究。本文的第一个作者是伊布拉姆al'abri，博士学位。学生处于NC状态。本文由丹尼尔·哈勒（Daniel Haller）共同撰写，该本科NC州的本科;和Zidan Li，博士学位。学生处于NC状态。

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编辑注：这项研究摘要跟随。

细菌复杂表型的诱导定向进化

作者：Ibrahim S. Al'abri，Daniel J. Haller，Zidan Li和Nathan Crook，北卡罗来纳州立大学

发表：2月12日，核酸研究

迪伊：10.1093 / NAR / GKAC094

抽象的：定向演进是在没有详细的序列功能关系的情况下为工程生物学的强大方法。为了使通过多烯途径编码的复杂表型的定向演变，我们需要大量的DNA序列尺寸> 5-10kb的长度，消除基因组搭桥突变，以及多样化和筛选步骤的去耦。为了满足这些挑战，我们开发了诱导的定向演化（IDE），其使用温带噬菌体来包装大质粒并在细胞内诱变后将其转移到幼稚细胞中。为了证明IDE，我们进化了一个5-基因途径芽孢杆菌licheniformis.能加速糖的分解代谢大肠杆菌，在只有两轮演化之后，在Tagatose的生长期间导致克隆患有65％的滞后时间。接下来，我们进化了15.4 kbp，10-基因途径Bifidobacterium BreveUC2003艾滋病大肠杆菌合酶的利用。在三轮IDE之后，我们隔离途径，使滞后时间减少超过2倍，最终光密度高出150％。在一起，这项工作提高了整个途径定向演进方法的效用和证明了整个路径的能力大肠杆菌。