探索微生物中发现的取之不尽的遗传信息资源的旅程

酶，化学品和燃料的微生物生产可以通过新设计的控制基因的系统(称为“丛林快车”)变得更加有效和经济。来自能源部(DOE)联合生物能源研究所，劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)，劳伦斯伯克利国家实验室和旧金山州立大学的科学家和合作者开发了一种新系统来控制实验室细菌中的基因表达。该研究发表在9月6日的Nature Communications上。

细菌可以作为生产工厂生产各种生化产品。但由于缺乏可负担的遗传控制因素，许多细菌大规模发酵之前并未有效。

“我们已经创建了一个系统，可以精确控制这些过程中涉及的基因的表达时间和水平，为低成本的高效大规模生产开辟了道路，”该论文的高级作者LLNL生物化学家Michael Thelen说。“细菌基因调控的这些增强有可能转化为可持续的生物生产。”

无论是在基础研究还是在工业规模上，通常都需要严格控制已经置于细菌细胞中的基因或基因组的表达，以用于靶产物的生物合成。早期控制基因表达的系统已经使用多年，但一直受到一个或多个关键因素的困扰。这些包括“渗漏”基因表达，其中生化目标过早产生，经常导致不希望的副反应，毒性产物和突变。此外，表达水平通常不足以在生产中有用。最后，用于启动基因表达的试剂是昂贵的。

这篇文章的主要作者是来自巴塞尔大学的研究生托马斯·鲁格(Thomas Ruegg)，他正与Thelen合作。“这种表达系统的关键组成部分是DNA结合蛋白，可作为基因调节因子，”Ruegg说。“我们使用计算方法预测一个小的DNA序列，以调节蛋白的最佳结合。”

Ruegg发现调节剂能够快速响应极低浓度的结晶紫，这是一种易于获得且价格低廉的染料，可用于各种应用。结晶紫使调节剂释放其对基因的保持，导致活性基因表达和靶生化产生。“在合理的方法中，我们使用优化的DNA结合位点来设计一个强大的系统，其中结晶紫作为诱导剂来触发有效的基因表达，”Ruegg说。

“我们的研究结果有可能克服早期系统中遇到的瓶颈，并为严格控制和有效的基因表达开辟道路，不仅限于宿主生物，基质或规模，”Thelen说。

Jungle Express这个名字来自雨林细菌，这是本研究中使用的调节蛋白的天然宿主。Ruegg认为“探索微生物中取之不尽的遗传信息资源，并将其与原生环境分离，以开发新的有用应用，这是一次迷人的旅程。”

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