Dual-mode CRISPRa/i for genome-scale metabolic rewiring in Escherichia coli

生物 大肠杆菌 基因组 遗传学 比例(比率) 对偶(语法数字) 双模 计算生物学 基因 量子力学 物理 文学类 工程类 艺术 航空航天工程
作者
Soo Young Moon,Mi Ri Kim,Na An,Myung Hyun Noh,Ju Young Lee
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
卷期号:53 (15) 被引量:2
标识
DOI:10.1093/nar/gkaf818
摘要

CRISPR (clustered regularly interspaced palindromic repeats)-mediated transcriptional regulation is a powerful and programmable approach for controlling gene expression. While CRISPR-based gene repression is well established in bacteria, simultaneous activation and repression remain challenging due to the limited availability of effective bacterial activation domains. Here, we provide an efficient dual-mode CRISPR activation and interference (CRISPRa/i) system that integrates an evolved protospacer adjacent motif (PAM)-flexible dxCas9 with an engineered Escherichia coli cAMP receptor protein (CRP). Through systematic optimization of the CRP domains and linkers, we developed a versatile effector capable of precise gene expression control when combined with dxCas9. Our dxCas9-CRP system demonstrated robust activation of upstream regulatory regions and effective repression of coding sequences, enabling targeted and programmable gene regulation. Using dual-fluorescent reporters, we validated the ability of this system to concurrently regulate multiple genes. Furthermore, with pooled guide RNA libraries, we applied the dxCas9-CRP system to increase violacein production in E. coli via genome-scale activation and repression in a coordinated manner, successfully identifying key regulatory targets that significantly increase production. Overall, this dual-mode CRISPRa/i system advances the potential for bacterial metabolic pathway rewiring, providing precise and flexible control for a wide range of biotechnological applications.
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