Directed evolution of rRNA improves translation kinetics and recombinant protein yield.
Directed evolution of rRNA improves translation kinetics and recombinant protein yield.
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rRNA的定向进化提高了翻译动力学和重组蛋白产量。
DOI：
10.1038/s41467-021-25852-5
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发表时间：
2021-09-24
影响因子：
16.6
通讯作者：
Badran AH
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Liu F;Bratulić S;Costello A;Miettinen TP;Badran AH
在细菌中，核糖体动力学被认为是蛋白质合成和细胞生长的限速因素。增强的核糖体动力学可以通过提高整体蛋白质产量来增强细菌生长和生物制造，但这是否可以通过核糖体特异性修饰来实现仍然未知。在这里，我们进化16S核糖体RNA（rRNA）从大肠杆菌，铜绿假单胞菌，霍乱弧菌对增强蛋白质合成速率。我们发现，rRNA序列的起源显着影响进化轨迹，并产生rRNA突变体与增强蛋白质合成速率在自然和工程背景下，包括非经典氨基酸的掺入。此外，发现的共有突变可以被移植到遗传学上不同的rRNA上，从而赋予改进的翻译活性。最后，我们表明，增加在体内的翻译速率符合只有适度降低翻译保真度，但不提高细菌种群的增长。总之，这些发现为体内非天然核糖体功能的开发提供了一个通用平台。核糖体动力学是蛋白质合成的限速因素。在这里，作者进化出不同的16S rRNA，以提高体内蛋白质合成速率和遗传密码扩增效率。
In bacteria, ribosome kinetics are considered rate-limiting for protein synthesis and cell growth. Enhanced ribosome kinetics may augment bacterial growth and biomanufacturing through improvements to overall protein yield, but whether this can be achieved by ribosome-specific modifications remains unknown. Here, we evolve 16S ribosomal RNAs (rRNAs) from Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, and Vibrio cholerae towards enhanced protein synthesis rates. We find that rRNA sequence origin significantly impacted evolutionary trajectory and generated rRNA mutants with augmented protein synthesis rates in both natural and engineered contexts, including the incorporation of noncanonical amino acids. Moreover, discovered consensus mutations can be ported onto phylogenetically divergent rRNAs, imparting improved translational activities. Finally, we show that increased translation rates in vivo coincide with only moderately reduced translational fidelity, but do not enhance bacterial population growth. Together, these findings provide a versatile platform for development of unnatural ribosomal functions in vivo. Ribosome kinetics are rate-limiting for protein synthesis. Here the authors evolve diverse 16S rRNAs for enhanced protein synthesis rates and genetic code expansion efficiencies in vivo.
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影响因子：
16.6
作者：
Badran AH;Liu DR
通讯作者：
Liu DR
DOI：
10.1073/pnas.96.5.1971
发表时间：
1999-03-02
影响因子：
11.1
作者：
Asai, T;Zaporojets, D;Squires, CL
通讯作者：
Squires, CL
影响因子：
48
作者：
Hubbard BP;Badran AH;Zuris JA;Guilinger JP;Davis KM;Chen L;Tsai SQ;Sander JD;Joung JK;Liu DR
通讯作者：
Liu DR
影响因子：
14.8
作者：
Carlson, Jacob C.;Badran, Ahmed H.;Guggiana-Nilo, Drago A.;Liu, David R.
通讯作者：
Liu, David R.
影响因子：
5.6
作者：
Bennett, NJ;Rakonjac, J
通讯作者：
Rakonjac, J