Dual-sgRNA CRISPRa System for Enhanced MK-7 Production and Salmonella Infection Mitigation in Bacillus subtilis natto Applied to Caco-2 Cells

枯草芽孢杆菌 沙门氏菌 微生物学 拉伤 突变体 发酵 食品科学 化学 生物 基因 细菌 生物化学 遗传学 解剖
作者
Chaoyong Liao,Jian Cui,Mingkun Gao,Bo Wang,Koichi Ito,Yuming Guo,Bingkun Zhang
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:72 (8): 4301-4316 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.3c08866
摘要

This study optimized the menaquinone-7 (MK-7) synthetic pathways in Bacillus subtilis (B. subtilis) natto NB205, a strain that originated from natto, to enhance its MK-7 production. Utilizing mutation breeding, we developed NBMK308, a mutant strain that demonstrated a significant 117.23% increase in MK-7 production. A comprehensive transcriptome analysis identified two key genes, ispA and ispE, as being critical in MK-7 synthesis. The dual-sgRNA CRISPRa system was utilized to achieve precise regulation of ispA and ispE in the newly engineered strain, A3E3. This strategic modulation resulted in a significant enhancement of MK-7 production, achieving increases of 20.02% and 201.41% compared to traditional overexpression systems and the original strain NB205, respectively. Furthermore, the fermentation supernatant from A3E3 notably inhibited Salmonella invasion in Caco-2 cells, showcasing its potential for combating such infections. The safety of the dual-sgRNA CRISPRa system was confirmed through cell assays. The utilization of the dual-sgRNA CRISPRa system in this study was crucial for the precise regulation of key genes in MK-7 synthesis, leading to a remarkable increase in production and demonstrating additional therapeutic potential in inhibiting pathogenic infections. This approach effectively combined the advantages of microbial fermentation and biotechnology, addressing health and nutritional challenges.
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