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Reduction of the Bacterial Genome by Transposon-Mediated Random Deletion
ACS Synthetic Biology ( IF 3.7 ) Pub Date : 2022-02-01 , DOI: 10.1021/acssynbio.1c00353 Shuai Ma 1 , Tianyuan Su 1 , Jinming Liu 1 , Xuemei Lu 1 , Qingsheng Qi 1
ACS Synthetic Biology ( IF 3.7 ) Pub Date : 2022-02-01 , DOI: 10.1021/acssynbio.1c00353 Shuai Ma 1 , Tianyuan Su 1 , Jinming Liu 1 , Xuemei Lu 1 , Qingsheng Qi 1
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Genome reduction is an important strategy in synthetic biology for constructing functional chassis cells or minimal genomes. However, the limited knowledge of complex gene functions and interactions makes genome reduction by rational design encounter a bottleneck. Here, we present an iterative and random genome reduction method for Escherichia coli, named “transposon-mediated random deletion (TMRD)”. TMRD generates random double-strand breaks (DSBs) in the genome by combining Tn5 transposition with the CRISPR/Cas9 system and allows genomic deletions of various sizes at random positions during DSB repair through the intracellular alternative end-joining mechanism. Using E. coli MG1655 as the original strain, a pool of cells with multiple random genomic deletions were obtained after five reduction cycles. The growth rates of the obtained cells were comparable to that of MG1655, while the electroporation efficiency increased by at least 2 magnitudes. TMRD can generate a small E. coli library carrying multiple and random genomic deletions while enriching the cells with environmental fitness in the population. TMRD has the potential to be widely applied in the construction of minimal genomes or chassis cells for metabolic engineering.
中文翻译：
通过转座子介导的随机缺失减少细菌基因组
基因组减少是合成生物学中构建功能性底盘细胞或最小基因组的重要策略。然而，复杂基因功能和相互作用的有限知识使得通过合理设计减少基因组遇到瓶颈。在这里，我们提出了一种用于大肠杆菌的迭代和随机基因组减少方法，称为“转座子介导的随机缺失 (TMRD)”。TMRD 通过将 Tn 5转座与 CRISPR/Cas9 系统相结合，在基因组中产生随机双链断裂 (DSB)，并通过细胞内替代末端连接机制在 DSB 修复期间允许在随机位置进行各种大小的基因组缺失。使用大肠杆菌MG1655作为原始菌株，经过五个还原循环后获得了具有多个随机基因组缺失的细胞池。获得的细胞的生长速率与 MG1655 相当，而电穿孔效率至少提高了 2 个数量级。TMRD 可以生成一个小型大肠杆菌文库，该文库携带多个随机基因组缺失，同时丰富细胞群中的环境适应性。TMRD 具有广泛应用于构建最小基因组或用于代谢工程的底盘细胞的潜力。
更新日期：2022-02-01
中文翻译：
通过转座子介导的随机缺失减少细菌基因组
基因组减少是合成生物学中构建功能性底盘细胞或最小基因组的重要策略。然而，复杂基因功能和相互作用的有限知识使得通过合理设计减少基因组遇到瓶颈。在这里，我们提出了一种用于大肠杆菌的迭代和随机基因组减少方法，称为“转座子介导的随机缺失 (TMRD)”。TMRD 通过将 Tn 5转座与 CRISPR/Cas9 系统相结合，在基因组中产生随机双链断裂 (DSB)，并通过细胞内替代末端连接机制在 DSB 修复期间允许在随机位置进行各种大小的基因组缺失。使用大肠杆菌MG1655作为原始菌株，经过五个还原循环后获得了具有多个随机基因组缺失的细胞池。获得的细胞的生长速率与 MG1655 相当，而电穿孔效率至少提高了 2 个数量级。TMRD 可以生成一个小型大肠杆菌文库，该文库携带多个随机基因组缺失，同时丰富细胞群中的环境适应性。TMRD 具有广泛应用于构建最小基因组或用于代谢工程的底盘细胞的潜力。
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