Published November 7, 2012
| Version v1
Publication
Open
Design and testing of a synthetic biology framework for genetic engineering of Corynebacterium glutamicum
- 1. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. National University of Rosario
Description
Synthetic biology approaches can make a significant contribution to the advance of metabolic engineering by reducing the development time of recombinant organisms. However, most of synthetic biology tools have been developed for Escherichia coli. Here we provide a platform for rapid engineering of C. glutamicum, a microorganism of great industrial interest. This bacteria, used for decades for the fermentative production of amino acids, has recently been developed as a host for the production of several economically important compounds including metabolites and recombinant proteins because of its higher capacity of secretion compared to traditional bacterial hosts like E. coli. Thus, the development of modern molecular platforms may significantly contribute to establish C. glutamicum as a robust and versatile microbial factory.A plasmid based platform named pTGR was created where all the genetic components are flanked by unique restriction sites to both facilitate the evaluation of regulatory sequences and the assembly of constructs for the expression of multiple genes. The approach was validated by using reporter genes to test promoters, ribosome binding sites, and for the assembly of dual gene operons and gene clusters containing two transcriptional units. Combinatorial assembly of promoter (tac, cspB and sod) and RBS (lacZ, cspB and sod) elements with different strengths conferred clear differential gene expression of two reporter genes, eGFP and mCherry, thus allowing transcriptional "fine-tuning"of multiple genes. In addition, the platform allowed the rapid assembly of operons and genes clusters for co-expression of heterologous genes, a feature that may assist metabolic pathway engineering.We anticipate that the pTGR platform will contribute to explore the potential of novel parts to regulate gene expression, and to facilitate the assembly of genetic circuits for metabolic engineering of C. glutamicum. The standardization provided by this approach may provide a means to improve the productivity of biosynthetic pathways in microbial factories for the production of novel compounds.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يمكن أن تقدم مناهج البيولوجيا التركيبية مساهمة كبيرة في تقدم الهندسة الأيضية عن طريق تقليل وقت تطور الكائنات الحية المؤتلفة. ومع ذلك، فقد تم تطوير معظم أدوات البيولوجيا الاصطناعية للإشريكية القولونية. هنا نقدم منصة للهندسة السريعة لـ C. glutamicum، وهو كائن دقيق ذو أهمية صناعية كبيرة. تم تطوير هذه البكتيريا، المستخدمة منذ عقود للإنتاج التخميري للأحماض الأمينية، مؤخرًا كمضيف لإنتاج العديد من المركبات المهمة اقتصاديًا بما في ذلك المستقلبات والبروتينات المؤتلفة بسبب قدرتها العالية على الإفراز مقارنة بالمضيفات البكتيرية التقليدية مثل الإشريكية القولونية. وبالتالي، قد يساهم تطوير المنصات الجزيئية الحديثة بشكل كبير في إنشاء C. glutamicum كمصنع ميكروبي قوي ومتعدد الاستخدامات. تم إنشاء منصة قائمة على البلازميد تسمى pTGR حيث تكون جميع المكونات الوراثية محاطة بمواقع تقييد فريدة لتسهيل تقييم التسلسلات التنظيمية وتجميع التركيبات للتعبير عن جينات متعددة. تم التحقق من صحة النهج باستخدام جينات المراسل لاختبار المعززات ومواقع ربط الريبوسوم ولتجميع مشغلات الجينات المزدوجة ومجموعات الجينات التي تحتوي على وحدتين نسخيتين. التجميع التوافقي لعناصر المعزز (tac و cspB و SOD) و RBS (lacZ و cspB و SOD) بنقاط قوة مختلفة يمنح تعبيرًا جينيًا تفاضليًا واضحًا لجينين مراسلين، eGFP و mCherry، مما يسمح "بضبط" النسخ لجينات متعددة. بالإضافة إلى ذلك، سمحت المنصة بالتجميع السريع لعناقيد المشغلات والجينات للتعبير المشترك عن الجينات غير المتجانسة، وهي ميزة قد تساعد في هندسة المسارات الأيضية. نتوقع أن تساهم منصة pTGR في استكشاف إمكانات الأجزاء الجديدة لتنظيم التعبير الجيني، وتسهيل تجميع الدوائر الوراثية للهندسة الأيضية لـ C. glutamicum. قد يوفر التوحيد القياسي الذي يوفره هذا النهج وسيلة لتحسين إنتاجية المسارات التخليقية الحيوية في المصانع الميكروبية لإنتاج مركبات جديدة.Translated Description (French)
Les approches de biologie synthétique peuvent apporter une contribution significative à l'avancement de l'ingénierie métabolique en réduisant le temps de développement des organismes recombinants. Cependant, la plupart des outils de biologie synthétique ont été développés pour Escherichia coli. Nous fournissons ici une plate-forme pour l'ingénierie rapide de C. glutamicum, un micro-organisme de grand intérêt industriel. Cette bactérie, utilisée depuis des décennies pour la production fermentative d'acides aminés, a récemment été développée comme hôte pour la production de plusieurs composés économiquement importants, notamment des métabolites et des protéines recombinantes en raison de sa capacité de sécrétion plus élevée que les hôtes bactériens traditionnels comme E. coli. Ainsi, le développement de plates-formes moléculaires modernes peut contribuer de manière significative à établir C. glutamicum comme une usine microbienne robuste et polyvalente. Une plate-forme à base de plasmide appelée pTGR a été créée où tous les composants génétiques sont flanqués de sites de restriction uniques pour faciliter à la fois l'évaluation des séquences régulatrices et l'assemblage de constructions pour l'expression de multiples gènes. L'approche a été validée en utilisant des gènes rapporteurs pour tester les promoteurs, les sites de liaison des ribosomes et pour l'assemblage d'opérons à double gène et de groupes de gènes contenant deux unités transcriptionnelles. L'assemblage combinatoire d'éléments promoteurs (tac, cspB et SOD) et RBS (lacZ, cspB et SOD) avec des forces différentes a conféré une expression génétique différentielle claire de deux gènes rapporteurs, eGFP et mCherry, permettant ainsi un « réglage fin » transcriptionnel de plusieurs gènes. En outre, la plate-forme a permis l'assemblage rapide d'opérons et de groupes de gènes pour la co-expression de gènes hétérologues, une caractéristique qui peut aider l'ingénierie de la voie métabolique. Nous prévoyons que la plate-forme pTGR contribuera à explorer le potentiel de nouvelles parties pour réguler l'expression génique et faciliter l'assemblage de circuits génétiques pour l'ingénierie métabolique de C. glutamicum. La normalisation fournie par cette approche peut fournir un moyen d'améliorer la productivité des voies de biosynthèse dans les usines microbiennes pour la production de nouveaux composés.Translated Description (Spanish)
Los enfoques de biología sintética pueden hacer una contribución significativa al avance de la ingeniería metabólica al reducir el tiempo de desarrollo de los organismos recombinantes. Sin embargo, la mayoría de las herramientas de biología sintética se han desarrollado para Escherichia coli. Aquí proporcionamos una plataforma para la ingeniería rápida de C. glutamicum, un microorganismo de gran interés industrial. Esta bacteria, utilizada durante décadas para la producción fermentativa de aminoácidos, se ha desarrollado recientemente como huésped para la producción de varios compuestos económicamente importantes, incluidos metabolitos y proteínas recombinantes, debido a su mayor capacidad de secreción en comparación con los huéspedes bacterianos tradicionales como E. coli. Por lo tanto, el desarrollo de plataformas moleculares modernas puede contribuir significativamente a establecer C. glutamicum como una fábrica microbiana robusta y versátil. Se creó una plataforma basada en plásmidos llamada pTGR donde todos los componentes genéticos están flanqueados por sitios de restricción únicos para facilitar la evaluación de secuencias reguladoras y el ensamblaje de construcciones para la expresión de múltiples genes. El enfoque se validó mediante el uso de genes indicadores para probar promotores, sitios de unión a ribosomas y para el ensamblaje de operones de genes duales y grupos de genes que contienen dos unidades transcripcionales. El ensamblaje combinatorio de elementos promotores (tac, cspB y SOD) y RBS (lacZ, cspB y SOD) con diferentes fortalezas confirió una clara expresión génica diferencial de dos genes indicadores, eGFP y mCherry, permitiendo así el "ajuste fino" transcripcional de múltiples genes. Además, la plataforma permitió el rápido ensamblaje de operones y grupos de genes para la coexpresión de genes heterólogos, una característica que puede ayudar a la ingeniería de la vía metabólica. Anticipamos que la plataforma pTGR contribuirá a explorar el potencial de nuevas partes para regular la expresión génica y facilitar el ensamblaje de circuitos genéticos para la ingeniería metabólica de C. glutamicum. La estandarización proporcionada por este enfoque puede proporcionar un medio para mejorar la productividad de las vías biosintéticas en fábricas microbianas para la producción de compuestos novedosos.Files
1475-2859-11-147.pdf
Files
(913.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:f4387d032ac3f2de7ea1aa8d335089e4
|
913.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تصميم واختبار إطار بيولوجيا اصطناعية للهندسة الوراثية لـ Corynebacterium glutamicum
- Translated title (French)
- Conception et test d'un cadre de biologie synthétique pour le génie génétique de Corynebacterium glutamicum
- Translated title (Spanish)
- Diseño y prueba de un marco de biología sintética para la ingeniería genética de Corynebacterium glutamicum
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2130109767
- DOI
- 10.1186/1475-2859-11-147
References
- https://openalex.org/W1205663450
- https://openalex.org/W1513314217
- https://openalex.org/W1513717105
- https://openalex.org/W1968429792
- https://openalex.org/W1968691322
- https://openalex.org/W1971947405
- https://openalex.org/W1977624796
- https://openalex.org/W1979287129
- https://openalex.org/W1979836544
- https://openalex.org/W1981740353
- https://openalex.org/W1986809046
- https://openalex.org/W1988136238
- https://openalex.org/W1992837075
- https://openalex.org/W1995891287
- https://openalex.org/W1997045431
- https://openalex.org/W1997562614
- https://openalex.org/W2001952130
- https://openalex.org/W2006607348
- https://openalex.org/W2007505530
- https://openalex.org/W2013275477
- https://openalex.org/W2017621033
- https://openalex.org/W2019955021
- https://openalex.org/W2034717680
- https://openalex.org/W2035906300
- https://openalex.org/W2042033410
- https://openalex.org/W2047360542
- https://openalex.org/W2047882868
- https://openalex.org/W2067665814
- https://openalex.org/W2068219766
- https://openalex.org/W2069573895
- https://openalex.org/W2072278470
- https://openalex.org/W2074256236
- https://openalex.org/W2078401479
- https://openalex.org/W2089615825
- https://openalex.org/W2093178286
- https://openalex.org/W2102530672
- https://openalex.org/W2108315294
- https://openalex.org/W2113983551
- https://openalex.org/W2115734610
- https://openalex.org/W2125135723
- https://openalex.org/W2143094150
- https://openalex.org/W2143197862
- https://openalex.org/W2146126338
- https://openalex.org/W2149146891
- https://openalex.org/W2154397483
- https://openalex.org/W2171198175
- https://openalex.org/W2287492361
- https://openalex.org/W4233808990
- https://openalex.org/W643035040