新的基因工程工具解锁微生物中的生化宝箱

想象微生物内的分子机械的例证作为技术。

次生代谢物 - 微生物生产的化合物，用于介导内部和外部消息传递，自卫和化学战线 - 是数百个宝贵的农业，工业和医疗产品的基础。并且鉴于新的，潜在有价值的次级代谢物的发现越来越高，显然微生物更多地提供了很多。

现在，由能源联合基因组研究所（JGI）领导的微生物学家和基因组学团组发明了一种称为褶皱的基因工程工具，这不仅可以更容易地研究这些化合物，而且还填补了我们对我们的理解中的重大差距微生物如何与周围环境互动并进化。他们的工作是与歌德大学法兰克福和Doe环境分子科学实验室（EMSL）的合作，于2019年10月14日在自然微生物学中公布。

潜入微生物体

因此，次级代谢物被命名为，因为它们的活性和功能对于微生物的生存不是必不可少的，但它们可能会在面对环境压力方面给予生物体的优势。由称为生物合成基因簇（BGCS）的基因组编码，通过水平基因转移容易地通过卧式和远端相关的微生物来前后来回通过所述代谢物的能力。这种快速和广泛的共享允许微生物通过快速获得或减去特征来适应变化的条件，并且由于频繁交换引入突变，BGCS的水平基因转移驱动PEREE化合物的发育。

不幸的是，迷人的次生新陈代谢世界传统上非常难以研究，因为当微生物进入实验室时，一个人为环境，令人困难或竞争，他们通常不会打扰这些化合物。褶皱 - 底盘独立的重组酶辅助基因组工程 - 帮助科学家绕过这条障碍。

这项研究的三位第一作者，从左到右：Zhiying“Jean”赵，京珂，高扬王，来自JGI。

“这些代谢物就像一种微生物用来与他们的生物群体互动的语言，当孤立时，他们沉默，”JGI的科学家联合领导作者Yasuo Yoshikuni说。“我们目前缺乏刺激微生物的技术，以激活他们的BGC和合成完整的产品 - 一种涉及许多步骤的蜂窝过程。”

褶皱是一种高效的方法，可以同时将来自一种生物体的BGC移植到许多不同的潜在产量宿主中，以鉴定天然能够在实验室条件下产生次级代谢物的微生物菌株。

因此，“德国法兰克福的联合主导作者Helge Bode说：”褶皱队允许我们比以前更容易地进入这些化合物。““在几个情况下，它已经使我们能够首次产生和表征感兴趣的化合物。”

更广泛地，通过提供一种将微生物机械从一个物种转移到另一个物种的技术，褶皱将使科学家能够超越理论和预测，并且最终观察到化合物如何降级到“生物暗物质”类别的实际工作。

“这是一个具有里程碑意义的发展，因为用褶皱，我们可以检查不同的生物如何不同地表达一个基因网络，从而如何水平转移的能力可以进化。以前的工具更有限，“EMSL的化学家联合作用的David Hoyt表示，位于太平洋西北国家实验室。Hoyt和他的同事Kerem Bingol和Nancy Workton帮助表征了Yoshikuni群体测试褶皱时产生的先前未知的次要代谢物之一。

JGI的科学工程助理联合第一作者Jing Ke补充道，“超越次级代谢物，裂隙率可用于工程用于生产蛋白质，RNA和其他具有巨大应用范围的分子的微生物。”

下一步

到目前为止，该团队已成功将BGCS转化为30个渗透细菌菌株，并期望它应该在许多其他人中工作，尽管该技术可能需要适应某些物种。目前正在进行进一步的研究和产品开发，但现在通过试点计划使用JGI（科学用户设施的DOE办公室）的研究团队提供。

与此同时，Yoshikuni - 2013年开发了前体基因重组工具，愤怒 - 他的JGI同事已经开始将褶皱施加到自己的项目，例如探索生物制造的非传统细菌主持人。

“除了一些非常良好的微生物之外，所谓的模型生物如大肠杆菌，我们不知道是否有一种菌株的技能来执行BGC激活的所有步骤，”Yoshikuni说。“希望有褶皱，我们可以开始改变范式 - 我们可以调查更多的野生物种，并找到他们更适合生产产品和药物的物种。”

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这项工作得到了DOE科学办公室，DFG（德国研究基金会）和借助于转化生物团基因组学的借调中心。

通过伯克利实验室的知识产权办事处和通过JGI的用户计划进行合作研究，可提供折射。

1931年成立了信念，最大的科学挑战是由团队获得最佳的，劳伦斯伯克利国家实验室及其科学家已经得到了13名诺贝尔奖项。今天，伯克利实验室研究人员开发了可持续的能源和环境解决方案，创造了有用的新材料，推进计算的前沿，并探讨了生活的奥秘，物质和宇宙。来自世界各地的科学家依赖于实验室的探索科学的设施。Berkeley Lab是一家由加利福尼亚大学的美国能源部科学办公室管理的多分钟国家实验室。

美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者，并且致力于解决当今时代最紧迫的挑战。

参考：“Crage制作能够在未驯化的细菌生物合成基因簇的快速激活”的高燕王芝英昭，荆轲，伊冯娜恩格尔，忆铭仕，大卫·罗宾逊，凯雷姆宾格尔，Zheyun张，本杰明·鲍文，凯瑟琳·路易，王冰，罗伯特· Evans，Yu Miyamoto，Kelly Cheng，Suzanne Kosina，Markus de Raad，Leslie Silva，AniCia Luhrs，Andrea Lubbe，David W. Hoyt，Charles Francavilla，Hiroshi Otani，Samuel Deutsch，Nancy M. Workton，Edward M. Rubin，Nigel J. 。蒙友，阿克尔·威斯尔，滕伦，郑盛，赫尔格B. Bode和Yasuo Yoshikuni，2019年10月14日，Nature Microbiology.doi：
10.1038 / s41564-019-0573-8