Phag-resistente E. coli-stammer udviklet til at reducere fermenteringssvigt

En genomteknik-baseret systematisk strategi til udvikling af fag-resistente Escherichia coli-stammer er blevet udviklet med succes gennem samarbejdet mellem et team ledet af professor Sang Yup Lee, professor Shi Chen og professor Lianrong Wang. Denne undersøgelse af Xuan Zou et al. blev offentliggjort i Nature Communications i august 2022 og optrådt i Editors' Highlights. Samarbejdet mellem School of Pharmaceutical Sciences ved Wuhan University, Shenzhen Universitys First Affiliated Hospital og KAIST Department of Chemical and Biomolecular Engineering har gjort et vigtigt fremskridt inden for metabolisk ingeniør- og fermenteringsindustrien, da det løser et stort problem med faginfektion forårsager gæringssvigt.

Systems metabolic engineering er et meget tværfagligt felt, der har gjort udviklingen af ​​mikrobielle cellefabrikker til at producere forskellige bioprodukter, herunder kemikalier, brændstoffer og materialer, mulig på en bæredygtig og miljøvenlig måde, hvilket mindsker virkningen af ​​verdensomspændende ressourceudtømning og klimaændringer. Escherichia coli er en af ​​de vigtigste chassis mikrobielle stammer på grund af dens brede anvendelser i den biobaserede produktion af en bred vifte af kemikalier og materialer. Med udviklingen af ​​værktøjer og strategier til systemmetabolisme ved hjælp af E. coli, vil en meget optimeret og velkarakteriseret cellefabrik spille en afgørende rolle i at omdanne billige og let tilgængelige råmaterialer til produkter af stor økonomisk og industriel værdi.

Det konsekvente problem med fagkontamination i fermentering pålægger imidlertid en ødelæggende indvirkning på værtsceller og truer produktiviteten af ​​bakterielle bioprocesser i bioteknologiske faciliteter, hvilket kan føre til udbredt fermenteringsfejl og umådelige økonomiske tab. Værtskontrollerede forsvarssystemer kan udvikles til effektive gensplejsningsløsninger til at adressere bakteriofagkontamination i fermentering i industriel skala; dog begrænser de fleste af resistensmekanismerne kun fager snævert, og deres effekt på fagkontamination vil være begrænset.

Der har været forsøg på at udvikle forskellige evner/systemer til miljøtilpasning eller antiviralt forsvar. Holdets samarbejde udviklede et nyt type II enkeltstrenget DNA phosphorothioation (Ssp) forsvarssystem afledt af E. coli 3234/A, som kan bruges i flere industrielle E. coli stammer (f.eks. E. coli K-12, B) og W) for at give bred beskyttelse mod forskellige typer af dsDNA-colifager.

Desuden udviklede de en systematisk genomteknologisk strategi, der involverede samtidig genomisk integration af Ssp-forsvarsmodulet og mutationer i komponenter, der er essentielle for fagens livscyklus. Denne strategi kan bruges til at transformere E. coli-værter, der er meget modtagelige for fagangreb, til stammer med kraftige restriktionseffekter på de testede bakteriofager. Dette giver værter stærk modstand mod et bredt spektrum af faginfektioner uden at påvirke bakterievækst og normal fysiologisk funktion. Endnu vigtigere er det, at de resulterende konstruerede fag-resistente stammer bevarede evnerne til at producere de ønskede kemikalier og rekombinante proteiner selv under høje niveauer af fagcocktail-udfordring, hvilket giver afgørende beskyttelse mod fagangreb.

Dette er et stort skridt fremad, da det giver en systematisk løsning til konstruktion af fag-resistente bakteriestammer, især industrielle bioproduktionsstammer, for at beskytte celler mod en lang række bakteriofager. I betragtning af funktionaliteten af ​​denne ingeniørstrategi med forskellige E. coli-stammer, kan strategien, der er rapporteret i denne undersøgelse, udvides bredt til andre bakteriearter og industrielle applikationer, hvilket vil være af stor interesse for forskere i både den akademiske verden og industrien. + Udforsk yderligere

Forståelse af, hvordan bakterier har udviklet en ny forsvarsmekanisme mod faginfektion