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Directed Evolution of Escherichia coli Nissle 1917 to Utilize Allulose as Sole Carbon Source
Small Methods ( IF 10.7 ) Pub Date : 2024-02-28 , DOI: 10.1002/smtd.202301385 Bo Xu 1 , Li-Hua Liu 2, 3 , Shijing Lai 2 , Jingjing Chen 4 , Song Wu 2 , Wei Lei 2 , Houliang Lin 2 , Yu Zhang 2 , Yucheng Hu 2, 5 , Jingtao He 2 , Xipeng Chen 2 , Qian He 2 , Min Yang 2 , Haimei Wang 2 , Xuemei Zhao 2 , Man Wang 4 , Haodong Luo 2, 3 , Qijun Ge 2 , Huamei Gao 2 , Jiaqi Xia 6 , Zhen Cao 4 , Baoxun Zhang 5 , Ao Jiang 2 , Yi-Rui Wu 2
Small Methods ( IF 10.7 ) Pub Date : 2024-02-28 , DOI: 10.1002/smtd.202301385 Bo Xu 1 , Li-Hua Liu 2, 3 , Shijing Lai 2 , Jingjing Chen 4 , Song Wu 2 , Wei Lei 2 , Houliang Lin 2 , Yu Zhang 2 , Yucheng Hu 2, 5 , Jingtao He 2 , Xipeng Chen 2 , Qian He 2 , Min Yang 2 , Haimei Wang 2 , Xuemei Zhao 2 , Man Wang 4 , Haodong Luo 2, 3 , Qijun Ge 2 , Huamei Gao 2 , Jiaqi Xia 6 , Zhen Cao 4 , Baoxun Zhang 5 , Ao Jiang 2 , Yi-Rui Wu 2
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Sugar substitutes are popular due to their akin taste and low calories. However, excessive use of aspartame and erythritol can have varying effects. While D-allulose is presently deemed a secure alternative to sugar, its excessive consumption is not devoid of cellular stress implications. In this study, the evolution of Escherichia coli Nissle 1917 (EcN) is directed to utilize allulose as sole carbon source through a combination of adaptive laboratory evolution (ALE) and fluorescence-activated droplet sorting (FADS) techniques. Employing whole genome sequencing (WGS) and clustered regularly interspaced short palindromic repeats interference (CRISPRi) in conjunction with compensatory expression displayed those genetic mutations in sugar and amino acid metabolic pathways, including glnP, glpF, gmpA, nagE, pgmB, ybaN, etc., increased allulose assimilation. Enzyme-substrate dynamics simulations and deep learning predict enhanced substrate specificity and catalytic efficiency in nagE A247E and pgmB G12R mutants. The findings evince that these mutations hold considerable promise in enhancing allulose uptake and facilitating its conversion into glycolysis, thus signifying the emergence of a novel metabolic pathway for allulose utilization. These revelations bear immense potential for the sustainable utilization of D-allulose in promoting health and well-being.
中文翻译：
大肠杆菌 Nissle 定向进化 1917 利用阿洛酮糖作为唯一碳源
糖替代品因其相似的口味和低热量而广受欢迎。然而，过量使用阿斯巴甜和赤藓糖醇会产生不同的影响。虽然 D-阿洛酮糖目前被认为是糖的安全替代品，但其过度消耗并非没有细胞应激影响。在这项研究中，大肠杆菌Nissle 1917 (EcN) 的进化旨在通过适应性实验室进化 (ALE) 和荧光激活液滴分选 (FADS) 技术的结合，利用阿洛酮糖作为唯一碳源。采用全基因组测序（WGS）和成簇规则间隔短回文重复干扰（CRISPRi）结合补偿表达显示了糖和氨基酸代谢途径中的基因突变，包括glnP 、 glpF 、 gmpA 、 nagE 、 pgmB 、 ybaN等。 ，增加阿洛酮糖同化。酶-底物动力学模拟和深度学习预测 nagE A247E 和 pgmB G12R 突变体的底物特异性和催化效率增强。研究结果表明，这些突变在增强阿洛酮糖摄取并促进其转化为糖酵解方面具有相当大的前景，从而标志着阿洛酮糖利用的新代谢途径的出现。这些发现对于 D-阿洛酮糖的可持续利用在促进健康和福祉方面具有巨大的潜力。
更新日期：2024-02-28
中文翻译：
大肠杆菌 Nissle 定向进化 1917 利用阿洛酮糖作为唯一碳源
糖替代品因其相似的口味和低热量而广受欢迎。然而，过量使用阿斯巴甜和赤藓糖醇会产生不同的影响。虽然 D-阿洛酮糖目前被认为是糖的安全替代品，但其过度消耗并非没有细胞应激影响。在这项研究中，大肠杆菌Nissle 1917 (EcN) 的进化旨在通过适应性实验室进化 (ALE) 和荧光激活液滴分选 (FADS) 技术的结合，利用阿洛酮糖作为唯一碳源。采用全基因组测序（WGS）和成簇规则间隔短回文重复干扰（CRISPRi）结合补偿表达显示了糖和氨基酸代谢途径中的基因突变，包括glnP 、 glpF 、 gmpA 、 nagE 、 pgmB 、 ybaN等。 ，增加阿洛酮糖同化。酶-底物动力学模拟和深度学习预测 nagE A247E 和 pgmB G12R 突变体的底物特异性和催化效率增强。研究结果表明，这些突变在增强阿洛酮糖摄取并促进其转化为糖酵解方面具有相当大的前景，从而标志着阿洛酮糖利用的新代谢途径的出现。这些发现对于 D-阿洛酮糖的可持续利用在促进健康和福祉方面具有巨大的潜力。
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