Synthetic Gene Circuits Enable Escherichia coli To Use Endogenous H2S as a Signaling Molecule for Quorum Sensing

群体感应 合成生物学 大肠杆菌 基因 内生 化学 细胞信号 细胞生物学 生物 生物化学 计算生物学 毒力 信号转导 遗传学
作者
Huaiwei Liu,Kaili Fan,Huanjie Li,Qingda Wang,Yunyun Yang,Kai Li,Yongzhen Xia,Luying Xun
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:8 (9): 2113-2120 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acssynbio.9b00210
摘要

Microorganisms often use specific autoinducers other than common metabolites for quorum sensing (QS). Herein, we demonstrated that Escherichia coli produced sulfide (H2S, HS-, and S2-) with the concentrations proportionally correlated to its cell density. We then designed synthetic gene circuits that used H2S as an autoinducer for quorum sensing. A sulfide/quinone oxidoreductase converted diffusible H2S to indiffusible hydrogen polysulfide (HSnH, n ≥ 2), and a gene regulator CstR sensed the latter to turn on the gene expression. We constructed three element libraries, with which 24 different circuits could be assembled for adjustable sensitivity to cell density. The H2S-mediated gene circuits endowed E. coli cells within the same batch or microcolony with highly synchronous behaviors. Using them we successfully constructed cell factories capable of an autonomous switch from growth phase to production phase. Thus, these circuits provide a new tool-kit for metabolic engineering and synthetic biology.

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