A metagenomic library cloning strategy that promotes high-level expression of captured genes to enable efficient functional screening

硝基还原酶 生物 基因 遗传学 计算生物学 质粒 基因组
作者
Michelle H. Rich,Abigail V. Sharrock,Timothy S. Mulligan,Frazer Matthews,Alistair S. Brown,Hannah R. Lee-Harwood,Elsie M. Williams,Janine N. Copp,Rory F. Little,Jenni J.B. Francis,Claire N. Horvat,Luke J. Stevenson,Jeremy G. Owen,Meera Saxena,Jeff S. Mumm,David F. Ackerley
出处
期刊:Cell chemical biology [Elsevier]
卷期号:30 (12): 1680-1691.e6
标识
DOI:10.1016/j.chembiol.2023.10.001
摘要

Summary

Functional screening of environmental DNA (eDNA) libraries is a potentially powerful approach to discover enzymatic "unknown unknowns", but is usually heavily biased toward the tiny subset of genes preferentially transcribed and translated by the screening strain. We have overcome this by preparing an eDNA library via partial digest with restriction enzyme FatI (cuts CATG), causing a substantial proportion of ATG start codons to be precisely aligned with strong plasmid-encoded promoter and ribosome-binding sequences. Whereas we were unable to select nitroreductases from standard metagenome libraries, our FatI strategy yielded 21 nitroreductases spanning eight different enzyme families, each conferring resistance to the nitro-antibiotic niclosamide and sensitivity to the nitro-prodrug metronidazole. We showed expression could be improved by co-expressing rare tRNAs and encoded proteins purified directly using an embedded His6-tag. In a transgenic zebrafish model of metronidazole-mediated targeted cell ablation, our lead MhqN-family nitroreductase proved ∼5-fold more effective than the canonical nitroreductase NfsB.

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