Directed Evolution of Microorganisms for Engineered Living Materials

微生物 定向进化 合成生物学 基因工程 有机体 表型 生物 合理设计 计算生物学 纤维素 生化工程 细菌 突变体 基因 遗传学 工程类 生物化学
作者
J Laurent,Ankit Jain,Anton Kan,Mathias Steinacher,Nadia Enrriquez Casimiro,Stavros Stavrakis,Andrew J. deMello,André R. Studart
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2311.13342
摘要

Microorganisms can create engineered materials with exquisite structures and living functionalities. Although synthetic biology tools to genetically manipulate microorganisms continue to expand, the bottom-up rational design of engineered living materials still relies on prior knowledge of genotype-phenotype links for the function of interest. Here, we utilize a high-throughput directed evolution platform to enhance the fitness of whole microorganisms under selection pressure and identify novel genetic pathways to program the functionalities of engineered living materials. Using Komagataeibacter sucrofermentans as a model cellulose-producing microorganism, we show that our droplet-based microfluidic platform enables the directed evolution of these bacteria towards a small number of cellulose overproducers from an initial pool of 40'000 random mutants. Sequencing of the evolved strains reveals an unexpected link between the cellulose-forming ability of the bacteria and a gene encoding a protease complex responsible for protein turnover in the cell. The ability to enhance the fitness of microorganisms towards specific phenotypes and to discover new genotype-phenotype links makes this high-throughput directed evolution platform a promising tool for the development of the next generation of engineered living materials.
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