Engineered cytosine base editor enabling broad-scope and high-fidelity gene editing in Streptomyces

阿维链霉菌 阿维菌素 链霉菌 聚酮合酶 突变体 生物 基因簇 计算生物学 基因 生物化学 聚酮 遗传学 生物合成 细菌 解剖
作者
Jian Wang,Ke Wang,Zhe Deng,Zhiyu Zhong,Guo Sun,Qing Mei,Fuling Zhou,Zixin Deng,Yuhui Sun
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 5687-5687 被引量:9
标识
DOI:10.1038/s41467-024-49987-3
摘要

Abstract Base editing (BE) faces protospacer adjacent motif (PAM) constraints and off-target effects in both eukaryotes and prokaryotes. For Streptomyces , renowned as one of the most prolific bacterial producers of antibiotics, the challenges are more pronounced due to its diverse genomic content and high GC content. Here, we develop a base editor named eSCBE3-NG-Hypa, tailored with both high efficiency and -fidelity for Streptomyces . Of note, eSCBE3-NG-Hypa recognizes NG PAM and exhibits high activity at challenging sites with high GC content or GC motifs, while displaying minimal off-target effects. To illustrate its practicability, we employ eSCBE3-NG-Hypa to achieve precise key amino acid conversion of the dehydratase (DH) domains within the modular polyketide synthase (PKS) responsible for the insecticide avermectins biosynthesis, achieving domains inactivation. The resulting DH-inactivated mutants, while ceasing avermectins production, produce a high yield of oligomycin, indicating competitive relationships among multiple biosynthetic gene clusters (BGCs) in Streptomyces avermitilis . Leveraging this insight, we use eSCBE3-NG-Hypa to introduce premature stop codons into competitor gene cluster of ave in an industrial S. avermitilis , with the mutant Δolm exhibiting the highest 4.45-fold increase in avermectin B1a compared to the control. This work provides a potent tool for modifying biosynthetic pathways and advancing metabolic engineering in Streptomyces .
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