锐谈 「 Metab. Eng：适应性测试室进化考究揭示大肠杆菌对化学品的耐受性
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- 作者：非非
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- 发布时间：2023-04-18 15:14
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锐谈 「 Metab. Eng：适应性测试室进化考究揭示大肠杆菌对化学品的耐受性
【概要描述】
研究背景
高浓度的标的目的化合物是家产生产前提下的主要压力因素，高浓度化合物对宿主细胞有抑制功效，限制后期产品的合成效率。因此，提高菌株的耐受性对于微生物发酵生产具有重要意义，当前提高耐受性的办法有化学/紫外诱变、代谢工程、实验室适应性进化等。
适应性试验室进化是指通过施加人为干扰及控制微生物成长境况兑现微生物进化。与代谢工程相比，ALE不必要考虑菌体复杂、交叉代谢网络，需依据标的目的设计对应的干扰身分，此方法具有微生物广泛合用性及实用性强的优点，易于发现新机制、兑现表型优化。
近期文章“Laboratory evolution reveals general and specific tolerance mechanisms for commodity chemicals”报道了利用自动化平台，将大肠杆菌在一十一种化学物质中成长，通过基因组测序、逆向工程和交叉化合物耐受性剖析揭示耐受性机制。
11种产业化学品包含1,2-丙二醇、2,3-丁二醇、戊二酸、己二酸、腐胺、六亚甲基二胺、丁醇、异丁酸酯、香豆素、辛酸和己酸，分属于分别的官能团。
研究方法与结果
研究人员运用自动化平台「图2）进化大肠杆菌MG1655自动传代，并部署在M9培养基+11种化学品培养前提下，使其实现最佳的成长状态，末了达到比起始毒性水平高60％-400％的耐受性。
考究职员通过基因组测序，为确定关头的耐受机制，重点关心在至少四个独立身系中突变的基因，而不考虑宗旨化学品，遵从这些标准，在进化后的散开株中，发现三十六个基因普遍爆发突变，并且突变样式边界十分广泛。
查究人员发现有三十个基因与耐受性直接关联，并按照报道的耐受关联基因的功能和突变类型推断耐受机制，此中一十九个在ALE条件下对多种化学类别爆发突变的一般耐受基因，和11个化学品耐受基因，按照它们的功能，查究人员推断，细胞通过频繁突变获得对化学品的耐受性，包括膜转运蛋白或细胞壁关联蛋白「比喻ProV，KgtP，SapB，NagA，NagC，MreB」，转录和翻译机制「比喻RpoA，RpoB，RpoC，RpsA，RpsG，NusA，Rho」，应激信号蛋白「如RelA，SspA，SpoT，YobF」，以及调节剂和酶「比喻MetJ，NadR，GudD，PurT」。
研究职员评估了190个拆散株对一十一种化学品在平平毒性程度下的交叉耐受性，发现在三对相似化合物长进化的拆散株，通常对同一化学类另外其他化学物质具有耐受性「如对角线上方三个方格所示」。即便有几个基因「如rpoC、rpoA、sapB」爆发了突变，对辛酸或己酸耐受的拆散株对其他脂肪酸不耐受「见对角线底部方格」，表明即使是同一基因的突变也可以对化学耐受性发作差异的影响。
化学品的耐受性会提高对构造相似化合物的耐受性，而不相似化学品能够会出现折中的情况。
着末发觉，大大都耐受性的散开株在不含化学物质的M9种植基中显示出更高的生长速率，可能是由于适应生长的从而爆发基因突变。
研究职员发觉运用预先获得耐受性而且预先插入合成途径基因的拆散株不妨提高化学品的出产才干。用预耐受菌株出产异丁酸酯，其宗旨化学品产量口角耐受菌株的三倍，还用预耐受菌株出产2,3-丁二醇，20株菌李，其中二株改造菌的产量有显著的提高。
综上所述，这篇文章基于鉴定的223株耐受菌株的突变和滋长表型，供给了一副综合的基因型-表型图谱。
原文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1096717623000204
作者：非非
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