Ingeniería Guiada de Diseño-Construcción-Prueba-Aprendizaje de un Biosensor de Piruvato de Célula Entera Basado en un...

Área de la Ciencia:

• Biología Sintética
• Ingeniería Metabólica
• Desarrollo de Biosensore

Sus antecedentes:

• Los biosensore de célula entera son cruciales para el monitoreo de metabolitos, pero enfrentan limitaciones como un rango dinámico estrecho y una alta expresión de fuga.
• La optimización del rendimiento del biosensor es esencial para aplicaciones más amplias en la regulación metabólica y el cribado.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y optimizar sistemáticamente un biosensor de piruvato basado en factores de transcripción en Escherichia coli.
• Mejorar el rango dinámico del biosensor y minimizar la expresión de fuga utilizando un flujo de trabajo de Diseño-Construcción-Prueba-Aprendizaje (DBTL).

Principales métodos:

• Se emplearon dos ciclos iterativos de Diseño-Construcción-Prueba-Aprendizaje (DBTL) para la optimización del biosensor.
• Se utilizó Diseño de Experimentos (DoE) y modelado estadístico (Criterio de Información de Akaike) para explorar los efectos del promotor y el sitio de unión al ribosoma (RBS).
• Se cuantificaron los niveles intracelulares de piruvato para confirmar el rango operativo del biosensor.

Principales resultados:

• El primer ciclo DBTL arrojó un biosensor sensible al piruvato en el rango de 0.05-10 mM.
• El segundo ciclo DBTL, guiado por DoE, identificó efectos clave de RBS en el rango dinámico y el alcance de la señal.
• La cepa optimizada mostró un aumento de 18.54 veces en el rango dinámico y una reducción de 37.22 veces en la expresión de fuga.
• Se confirmó un rango operativo de 1.23-6.81 μmol/g DCW para la cuantificación intracelular de piruvato.

Conclusiones:

• Los ciclos DBTL combinados con el modelado estadístico proporcionan un marco poderoso para la ingeniería de biosensore.
• El biosensor de piruvato desarrollado ofrece un rendimiento mejorado para una regulación metabólica precisa y aplicaciones de cribado.
• Este enfoque sistemático avanza el desarrollo de biosensore de célula entera robustos.