Establishing CRISPRi for Programmable Gene Repression and Genome Evolution in Cupriavidus necator

钩虫贪铜菌 CRISPR干扰 合成生物学 Cas9 基因 清脆的 生物 遗传学 基因组编辑 基因组工程 计算生物学 细菌 羟基烷酸
作者
Zhijiao Wang,Haojie Pan,Sulin Ni,Zhongjian Li,Jiazhang Lian
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:13 (3): 851-861 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acssynbio.3c00664
摘要

Cupriavidus necator H16 is a "Knallgas" bacterium with the ability to utilize various carbon sources and has been employed as a versatile microbial cell factory to produce a wide range of value-added compounds. However, limited genome engineering, especially gene regulation methods, has constrained its full potential as a microbial production platform. The advent of CRISPR/Cas9 technology has shown promise in addressing this limitation. Here, we developed an optimized CRISPR interference (CRISPRi) system for gene repression in C. necator by expressing a codon-optimized deactivated Cas9 (dCas9) and appropriate single guide RNAs (sgRNAs). CRISPRi was proven to be a programmable and controllable tool and could successfully repress both exogenous and endogenous genes. As a case study, we decreased the accumulation of polyhydroxyalkanoate (PHB) via CRISPRi and rewired the carbon fluxes to the synthesis of lycopene. Additionally, by disturbing the expression of DNA mismatch repair gene mutS with CRISPRi, we established CRISPRi-Mutator for genome evolution, rapidly generating mutant strains with enhanced hydrogen peroxide tolerance and robustness in microbial electrosynthesis (MES) system. Our work provides an efficient CRISPRi toolkit for advanced genetic manipulation and optimization of C. necator cell factories for diverse biotechnology applications.

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