Optimising PHBV biopolymer production in haloarchaea via CRISPRi-mediated redirection of carbon flux.
Optimising PHBV biopolymer production in haloarchaea via CRISPRi-mediated redirection of carbon flux.
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通过 CRISPRi 介导的碳通量重定向优化盐古菌中 PHBV 生物聚合物的生产
DOI：
10.1038/s42003-021-02541-z
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发表时间：
2021-08-25
影响因子：
5.9
通讯作者：
Han J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lin L;Chen J;Mitra R;Gao Q;Cheng F;Xu T;Zuo Z;Xiang H;Han J
嗜盐古菌Haloferax mediterranei是一株有潜力的聚（3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸）（PHBV）生产菌株，但生产成本和产量是阻碍其应用的主要因素。利用内源性I-B型CRISPR-Cas系统在H.在Mediterranean，我们开发了一种基于CRISPR的干扰（CRISPRi）方法，该方法允许调节与PHBV合成相关的代谢途径，从而增强PHBV的产生。我们的CRISPRi方法可以根据靶区域下调25%至98%的基因表达。重要的是，质粒介导的柠檬酸合酶基因（citZandgltA）上的CRISPRi下调将PHBV积累提高了76.4%（从1.78 g/L提高到3.14 g/L）。当crRNA盒整合到染色体中时，这进一步缩短了PHBV发酵期并将PHA生产率提高了165%。我们的转录组分析表明，柠檬酸合酶基因的抑制将代谢流从中心代谢途径重定向到PHBV合成途径。这些发现表明，基于CRISPRi的基因调控是一种用于微调古细菌系统中内源性代谢途径的变革性工具包，不仅可以应用于生物聚合物生产，还可以应用于许多其他应用。
The haloarchaeonHaloferax mediterraneiis a potential strain for poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) production, yet the production yield and cost are the major obstacles hindering the use of this archaeal strain. Leveraging the endogenous type I-B CRISPR-Cas system inH. mediterranei, we develop a CRISPR-based interference (CRISPRi) approach that allows to regulate the metabolic pathways related to PHBV synthesis, thereby enhancing PHBV production. Our CRISPRi approach can downregulate the gene expression in a range of 25% to 98% depending upon the target region. Importantly, plasmid-mediated CRISPRi downregulation on the citrate synthase genes (citZandgltA) improves the PHBV accumulation by 76.4% (from 1.78 to 3.14 g/L). When crRNA cassette integrated into chromosome, this further shortens the PHBV fermentation period and enhances PHA productivity by 165%. Our transcriptome analysis shows that repression of citrate synthase genes redirects metabolic flux from the central metabolic pathways to PHBV synthesis pathway. These findings demonstrate that the CRISPRi-based gene regulation is a transformative toolkit for fine-tuning the endogenous metabolic pathways in the archaeal system, which can be applied to not only the biopolymer production but also many other applications.
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