The Growth Dependent Design Constraints of Transcription-Factor-Based Metabolite Biosensors.
The Growth Dependent Design Constraints of Transcription-Factor-Based Metabolite Biosensors.
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基于转录因子的代谢产物生物传感器的增长依赖性设计约束。
DOI：
10.1021/acssynbio.2c00143
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发表时间：
2022-07-15
影响因子：
4.7
通讯作者：
Zhang, Fuzhong
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hartline, Christopher J.;Zhang, Fuzhong
关键词：
基于代谢物反应转录因子的代谢物生物传感器是感知和精确控制细胞代谢的关键合成生物学成分。生物传感器通常是在实验室条件下设计的，但部署在细胞生长速度与其初始特性有很大不同的应用中。在这里，我们询问生长速度如何影响生物传感器的最小和最大输出以及动态范围，这是生物传感器性能的关键指标。以大肠杆菌中基于LaCI、TetR和FadR的生物传感器为模型，我们发现不同生物传感器的动态范围具有不同的生长速率依赖关系。我们开发了一个动力学模型来探索调节生物传感器参数如何影响动态范围增长率依赖关系。我们的模拟和实验结果表明，对动态范围的影响和它的生长速率依赖关系往往是耦合的，代谢产物的传输机制形成了动态范围-生长速率响应。本工作提供了对生物传感器在不同生长速率下的性能的系统了解，这将有助于预测生物传感器在广泛的合成生物学和代谢工程应用中的行为。
Metabolite biosensors based on metabolite-responsive transcription factors are key synthetic biology components for sensing and precisely controlling cellular metabolism. Biosensors are often designed under laboratory conditions but are deployed in applications where cellular growth rate differs drastically from its initial characterization. Here we asked how growth rate impacts the minimum and maximum biosensor outputs and the dynamic range, which are key metrics of biosensor performance. Using LacI, TetR, and FadR-based biosensors in Escherichia coli as models, we find that the dynamic range of different biosensors have different growth rate dependencies. We developed a kinetic model to explore how tuning biosensor parameters impact the dynamic range growth rate dependence. Our modeling and experimental results revealed that the effects to dynamic range and its growth rate dependence are often coupled, and the metabolite transport mechanisms shape the dynamic range-growth rate response. This work provides systematic understanding on biosensor’s performance under different growth rates, which will be useful for predicting biosensor’s behavior in broad synthetic biology and metabolic engineering applications.
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影响因子：
4.4
作者：
Jiang, Yu;Chen, Biao;Yang, Sheng
通讯作者：
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