Gene editing enables rapid engineering of complex antibiotic assembly lines.
Gene editing enables rapid engineering of complex antibiotic assembly lines.
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DOI：
10.1038/s41467-021-27139-1
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发表时间：
2021-11-25
影响因子：
16.6
通讯作者：
Micklefield J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Thong WL;Zhang Y;Zhuo Y;Robins KJ;Fyans JK;Herbert AJ;Law BJC;Micklefield J
重新设计生物合成流水线，包括非核糖体多肽合成酶(NRP)和相关的巨合酶酶，是生产新抗生素和其他生物活性天然产物的有效途径，这些产品过于复杂，无法进行化学合成。然而，用目前的方法设计巨合酶是非常具有挑战性的。在这里，我们描述了如何利用CRISPR-Cas9基因编辑来快速设计自然界最复杂的巨合酶装配线之一，即提供脂肽抗生素enduracidin的2.0 MDA NRPS酶。基因编辑被用来交换NRPS内的亚区，改变底物选择性，以良好的产率产生10个新的脂肽变体。相反，试图使用传统的同源重组介导的基因敲除和互补方法来设计相同的NRP，结果只产生了新的耐酸变种的痕迹。除了交换耐尿酸NRPS内的亚域外，还成功地利用了来自不同细菌来源的一系列NRPS酶的亚域。工程生物合成装配线是一条通往新天然产品的有效途径，但用目前的方法是具有挑战性的。在这里，作者使用CRISPR-Cas9来交换NRPS中的亚结构域，以改变底物的选择性。
Re-engineering biosynthetic assembly lines, including nonribosomal peptide synthetases (NRPS) and related megasynthase enzymes, is a powerful route to new antibiotics and other bioactive natural products that are too complex for chemical synthesis. However, engineering megasynthases is very challenging using current methods. Here, we describe how CRISPR-Cas9 gene editing can be exploited to rapidly engineer one of the most complex megasynthase assembly lines in nature, the 2.0 MDa NRPS enzymes that deliver the lipopeptide antibiotic enduracidin. Gene editing was used to exchange subdomains within the NRPS, altering substrate selectivity, leading to ten new lipopeptide variants in good yields. In contrast, attempts to engineer the same NRPS using a conventional homologous recombination-mediated gene knockout and complementation approach resulted in only traces of new enduracidin variants. In addition to exchanging subdomains within the enduracidin NRPS, subdomains from a range of NRPS enzymes of diverse bacterial origins were also successfully utilized. Engineering biosynthetic assembly lines is a powerful path to new natural products but is challenging with current methods. Here the authors use CRISPR-Cas9 to exchange subdomains within NRPS to alter substrate selectivity.
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