Reversible thermal regulation for bifunctional dynamic control of gene expression in Escherichia coli

合成生物学 羟基烷酸 大肠杆菌 代谢工程 基因 聚合 计算生物学 单体 稳健性(进化) 生物 化学 生物物理学 材料科学 生物系统 生物化学 聚合物 遗传学 细菌 有机化学
作者
Xuan Wang,Jia-Ning Han,Xu Zhang,Yueyuan Ma,Yina Lin,Huan Wang,Dianjie Li,Taoran Zheng,Fuqing Wu,Jianwen Ye,Guo‐Qiang Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:67
标识
DOI:10.1038/s41467-021-21654-x
摘要

Abstract Genetically programmed circuits allowing bifunctional dynamic regulation of enzyme expression have far-reaching significances for various bio-manufactural purposes. However, building a bio-switch with a post log-phase response and reversibility during scale-up bioprocesses is still a challenge in metabolic engineering due to the lack of robustness. Here, we report a robust thermosensitive bio-switch that enables stringent bidirectional control of gene expression over time and levels in living cells. Based on the bio-switch, we obtain tree ring-like colonies with spatially distributed patterns and transformer cells shifting among spherical-, rod- and fiber-shapes of the engineered Escherichia coli . Moreover, fed-batch fermentations of recombinant E. coli are conducted to obtain ordered assembly of tailor-made biopolymers polyhydroxyalkanoates including diblock- and random-copolymer, composed of 3-hydroxybutyrate and 4-hydroxybutyrate with controllable monomer molar fraction. This study demonstrates the possibility of well-organized, chemosynthesis-like block polymerization on a molecular scale by reprogrammed microbes, exemplifying the versatility of thermo-response control for various practical uses.
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