An Automated Cell-Free Workflow for Transcription Factor Engineering

工作流程 计算生物学 转录因子 合成生物学 计算机科学 因子(编程语言) 生物 遗传学 数据库 基因 程序设计语言
作者
Holly M. Ekas,Brenda Wang,Adam D. Silverman,Julius B. Lucks,Ashty S. Karim,Michael C. Jewett
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acssynbio.4c00471
摘要

The design and optimization of metabolic pathways, genetic systems, and engineered proteins rely on high-throughput assays to streamline design-build-test-learn cycles. However, assay development is a time-consuming and laborious process. Here, we create a generalizable approach for the tailored optimization of automated cell-free gene expression (CFE)-based workflows, which offers distinct advantages over in vivo assays in reaction flexibility, control, and time to data. Centered around designing highly accurate and precise transfers on the Echo Acoustic Liquid Handler, we introduce pilot assays and validation strategies for each stage of protocol development. We then demonstrate the efficacy of our platform by engineering transcription factor-based biosensors. As a model, we rapidly generate and assay libraries of 127 MerR and 134 CadR transcription factor variants in 3682 unique CFE reactions in less than 48 h to improve limit of detection, selectivity, and dynamic range for mercury and cadmium detection. This was achieved by assessing a panel of ligand conditions for sensitivity (to 0.1, 1, 10 μM Hg and 0, 1, 10, 100 μM Cd for MerR and CadR, respectively) and selectivity (against Ag, As, Cd, Co, Cu, Hg, Ni, Pb, and Zn). We anticipate that our Echo-based, cell-free approach can be used to accelerate multiple design workflows in synthetic biology.
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