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Phage‐free production of artificial ssDNA with Escherichia coli

质粒 噬菌体 大肠杆菌 DNA 噬菌体 基因组 生物 合成生物学 计算生物学 基因 化学 遗传学
作者
Karl L. Behler,Maximilian N. Honemann,A. Rita Silva-Santos,Hendrik Dietz,Dirk Weuster‐Botz
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:119 (10): 2878-2889 被引量:9
标识
DOI:10.1002/bit.28171
摘要

Abstract Artificial single‐stranded DNA (ssDNA) with user‐defined sequences and lengths up to the kilobase range is increasingly needed in mass quantities to realize the potential of emerging technologies such as genome editing and DNA origami. However, currently available biotechnological approaches for mass‐producing ssDNA require dedicated, and thus costly, fermentation infrastructure, because of the risk of cross‐contaminating manufacturer plants with self‐replicating phages. Here we overcome this problem with an efficient, scalable, and cross‐contamination‐free method for the phage‐free biotechnological production of artificial ssDNA with Escherichia coli . Our system utilizes a designed phagemid and an optimized helper plasmid. The phagemid encodes one gene of the M13 phage genome and a freely chosen custom target sequence, while the helper plasmid encodes the other genes of the M13 phage. The phagemid particles produced with this method are not capable of self‐replication in the absence of the helper plasmid. This enables cross‐contamination‐free biotechnological production of ssDNA at any contract manufacturer. Furthermore, we optimized the process parameters to reduce by‐products and increased the maximal product concentration up to 83 mg L −1 of ssDNA in a stirred‐tank bioreactor, thus realizing up to a 40‐fold increase in maximal product concentration over previous scalable phage‐free ssDNA production methods.
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