多色光遗传学用于调节三种糖解路的流量比,使用EL222和CcaSR在大肠杆菌中调节流量比
Hayato Akagi1, Hiroshi Shimizu1, Yoshihiro Toya1
1Department of Bioinformatic Engineering, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University, Osaka, Japan.
Biotechnology and bioengineering
|December 20, 2023
概括
光遗传学可以精确控制大肠杆菌的代谢途径. 这项研究证明了基于光的糖溶性流量比的调节,为合成生物学提供了新的工具.
科学领域:
- 合成生物学 合成生物学
- 代谢工程是代谢工程.
- 视觉遗传学 视觉遗传学
背景情况:
- 光遗传学提供了一种强大的方法来控制细胞过程.
- 代谢流量分布对于优化微生物生产至关重要.
- 控制中央碳代谢中的流量比仍然是一个挑战.
研究的目的:
- 为了证明Escherichia coli中糖溶性流量比率的光遗传控制.
- 利用多色光感应系统,精确调节代谢途径.
- 为了建立一个框架,动态控制的Embden-Meyerhof-Parnas (EMP),酸 (PP),和Entner-Doudoroff (ED) 的路径.
主要方法:
- 工程E.大肠杆菌具有对蓝光敏感的EL222和对绿色/红色光敏感的CcaSR系统.
- 插入了EL222识别序列到关键的糖溶性基因 (gnd, edd) 的促进子区域中,以调节PP和ED路径流.
- 使用CcaSR系统来控制EMP和组合PP+ED路径之间的流量比.
- 应用特定波长和强度的多色光来诱导或抑制基因表达.
主要成果:
- 在PP和ED路径之间实现了依赖光线的流量比控制 (例如,在黑暗中60:39%,在蓝光下29:70%).
- 使用绿色/红色光 (例如80:9:11%绿色,14:35:51%红色) 证明了EMP与PP+ED路径流量比的动态控制.
- 展示了用于微调流量分布的组合光输入 (例如33:5:62%的红光和蓝光).
结论:
- 光遗传工具提供精确的,光可诱导的控制在大肠杆菌中的代谢流量分布.
- 多色光系统能够复杂调节竞争中的糖解路径.
- 这种方法推进了合成生物学对代谢工程和生物生产的应用.
