Layar CRISPRi mengungkapkan sumber ketahanan metabolisme di E. coli – ScienceDaily

Layar CRISPRi mengungkapkan sumber ketahanan metabolisme di E. coli – ScienceDaily

[ad_1]

Ketahanan metabolik, kemampuan sistem metabolisme untuk menahan perubahan di lingkungannya, tidak selalu merupakan fitur yang disambut baik oleh ahli mikrobiologi: hal itu mengganggu rekayasa metabolisme atau mencegah antibiotik membunuh bakteri. Oleh karena itu, penting untuk memahami mekanisme yang memungkinkan ketahanan metabolik. Layar CRISPRi paralel besar-besaran menunjukkan hal itu E. coli metabolisme sangat kuat melawan knockdown enzim, dan data multi-omics mengungkapkan mekanisme di baliknya. Di masa depan, para peneliti ingin menerapkan pengetahuan ini untuk membangun model metabolisme yang lebih baik, yang memungkinkan desain mikroba industri yang rasional.

Di habitat aslinya, bakteri suka E. coli dihadapkan pada perubahan konstan dalam komposisi nutrisi. Tetapi dalam kondisi laboratorium, mereka juga bisa menjadi spesialis yang nyata, dan tumbuh misalnya pada sumber karbon tunggal seperti glukosa. Untuk melakukannya, jaringan metabolisme mereka harus mensintesis semua blok bangunan seluler dari awal. Tugas ini mensyaratkan bahwa ratusan reaksi yang dikatalisasi oleh enzim dalam jaringan metabolik bekerja dengan kecepatan yang tepat, dan tidak ada reaksi yang secara tidak sengaja turun di bawah ambang kritis. Jika tidak, satu kemacetan dalam jaringan mungkin memiliki konsekuensi yang meluas dan akhirnya menghentikan pertumbuhan seluler.

Untuk memahami caranya E. coli Untuk menyelesaikan tugas ini, para peneliti yang dipimpin oleh Dr. Hannes dari Institut Max Planck untuk Mikrobiologi Terestrial menerapkan teknologi CRISPR Interferensi (CRISPRi). Dengan menginduksi knockdown setiap protein dalam jaringan metabolik E. coli, mereka membuat perpustakaan CRISPRi dengan 7177 strain. Pengurutan perpustakaan yang mendalam selama pengujian kompetisi yang dikumpulkan memungkinkan para peneliti untuk melacak kebugaran setiap jenis CRISPRi selama 14 jam. Hasil dari layar CRISPR paralel masif ini agak mengejutkan. Sementara knockdown hanya tujuh gen – keypoints di jaringan metabolik, seperti biosintesis deoxynucleotides untuk sintesis DNA – menyebabkan cacat kebugaran langsung dan kuat, ratusan knockdown lainnya memiliki efek kecil.

Seperti yang dijelaskan Dr. Hannes Link: “Hasil kami menunjukkan itu E. coli sel mencapai ketahanan metabolik yang sangat tinggi. Secara umum, ketahanan memungkinkan organisme hidup untuk bertahan hidup meskipun ada gangguan eksternal dan internal, dan terdapat mekanisme berbeda yang memediasi, seperti mekanisme umpan balik atau redundansi. Dalam konteks ini, organisme selalu berada dalam situasi trade-off: baik mereka mengekspresikan konsentrasi enzim yang tinggi, yang mahal; atau konsentrasi enzim yang rendah yang dapat membatasi kapasitas metabolisme. Bagi kami para peneliti, ketahanan tidak selalu merupakan fitur yang disambut baik pada bakteri, misalnya dalam penerapan bioteknologi, jika kami ingin merekayasa metabolisme untuk memproduksi bahan kimia secara berlebihan dengan bakteri. Oleh karena itu, penting untuk memahami caranya E. coli menyelesaikan tugas ini. “

Untuk menjawab pertanyaan ini, tim mengukur proteome dan metabolom dari 30 strain CRISPRi. Dalam beberapa galur, tanggapan proteome mengungkapkan mekanisme yang secara aktif menahan knockdown CRISPRi. Sebagai contoh, knockdown dari homocysteine ​​transmethylase (MetE) di jalur metionin menyebabkan peningkatan regulasi kompensasi dari semua enzim lain di jalur metionin. Dengan kata lain, E. coli sel merasakan bahwa knockdown menyebabkan hambatan dalam biosintesis metionin dan kemudian memasang respons yang sangat tepat dan lokal di sekitar jalur metionin. 30 strain CRISPRi lainnya mengungkapkan mekanisme buffering serupa yang secara mengejutkan spesifik, tetapi apakah semua jalur metabolik dilengkapi dengan mekanisme buffering yang tepat dan terlokalisasi tetap terbuka. Oleh karena itu, Link Lab saat ini berinovasi metode spektrometri massa baru untuk menyelidiki metabolisme lengkap perpustakaan CRISPRi lengkap.

Pendekatan komprehensif ini menciptakan kemungkinan baru untuk pengembangan mikroba yang berguna secara industri, seperti yang dikatakan Dr. Hannes Link: “Di masa depan, kami ingin menggunakan data ini untuk membangun model metabolisme yang dinamis dan prediktif. Kami menggunakan model dinamis yang sangat kecil dalam studi saat ini, tetapi membangun model yang lebih besar tetap menjadi salah satu tantangan besar. Model seperti itu akan memungkinkan kita untuk merekayasa E. coli sel yang berhenti tumbuh pada sinyal tertentu dan kemudian memusatkan semua sumber daya metabolisme pada sintesis bahan kimia yang diinginkan. Pemisahan pertumbuhan yang terkontrol dari produksi berlebih ini akan menjadi terobosan baru dalam rekayasa metabolik dan membuka aplikasi baru dalam bioteknologi industri. “

Sumber Cerita:

Materi disediakan oleh Max Planck Society. Catatan: Konten dapat diedit gaya dan panjangnya.

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Lagu Togel

Author Image
adminProzen