Novel Prokaryotic CRISPR-Cas12a-Based Tool for Programmable Transcriptional Activation and Repression

清脆的 生物 心理压抑 合成生物学 基因组编辑 计算生物学 基因 遗传学 计算机科学 基因表达
作者
Christoph Schilling,Mattheos A. G. Koffas,Volker Sieber,Jochen Schmid
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:9 (12): 3353-3363 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acssynbio.0c00424
摘要

Transcriptional perturbation using inactivated CRISPR-nucleases (dCas) is a common method in eukaryotic organisms. While rare examples of dCas9-based tools for prokaryotes have been described, multiplexing approaches are limited due to the used effector nuclease. For the first time, a dCas12a derived tool for the targeted activation and repression of genes was developed. Therefore, a previously described SoxS activator domain was linked to dCas12a to enable the programmable activation of gene expression. A proof of principle of transcriptional regulation was demonstrated on the basis of fluorescence reporter assays using the alternative host organism Paenibacillus polymyxa as well as Escherichia coli . Single target and multiplex CRISPR interference targeting the exopolysaccharide biosynthesis of P. polymyxa was shown to emulate polymer compositions of gene knockouts. The simultaneous expression of 11 gRNAs targeting multiple lactate dehydrogenases and a butanediol dehydrogenase resulted in decreased lactate formation, as well as an increased butanediol production in microaerobic fermentation processes. Even though Cas12a is more restricted in terms of its genomic target sequences compared to Cas9, its ability to efficiently process its own guide RNAs in vivo makes it a promising tool to orchestrate sophisticated genetic reprogramming of bacterial cells or to screen for engineering targets in the genome. The developed tool will accelerate metabolic engineering efforts in the alternative host organism P. polymyxa and might be also applied for other bacterial cell factories.
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