Synthetic Genome Defenses against Selfish DNA Elements Stabilize Engineered Bacteria against Evolutionary Failure

转座因子 流动遗传元素 基因组 生物 基因组工程 清脆的 CRISPR干扰 合成生物学 遗传学 Cas9 表观遗传学 DNA甲基化 计算生物学 细菌基因组大小 基因 基因表达
作者
Peng Geng,Sean P. Leonard,Dennis M. Mishler,Jeffrey E. Barrick
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:8 (3): 521-531 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acssynbio.8b00426
摘要

Mobile genetic elements drive evolution by disrupting genes and rearranging genomes. Eukaryotes have evolved epigenetic mechanisms, including DNA methylation and RNA interference, that silence mobile elements and thereby preserve the integrity of their genomes. We created an artificial reprogrammable epigenetic system based on CRISPR interference to give engineered bacteria a similar line of defense against transposons and other selfish elements in their genomes. We demonstrate that this CRISPR interference against mobile elements (CRISPRi-ME) approach can be used to simultaneously repress two different transposon families in Escherichia coli, thereby increasing the evolutionary stability of costly protein expression. We further show that silencing a transposon in Acinetobacter baylyi ADP1 reduces mutation rates by a factor of 5, nearly as much as deleting all copies of this element from its genome. By deploying CRISPRi-ME on a broad-host-range vector, we have created a generalizable platform for stabilizing the genomes of engineered bacterial cells for applications in metabolic engineering and synthetic biology.
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