Genetically stable CRISPR-based kill switches for engineered microbes

合成生物学 清脆的 生物 计算生物学 大肠杆菌 计算机科学 遗传学 基因
作者
Austin G. Rottinghaus,Aura Ferreiro,Skye R. S. Fishbein,Gautam Dantas,Tae Seok Moon
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:109
标识
DOI:10.1038/s41467-022-28163-5
摘要

Abstract Microbial biocontainment is an essential goal for engineering safe, next-generation living therapeutics. However, the genetic stability of biocontainment circuits, including kill switches, is a challenge that must be addressed. Kill switches are among the most difficult circuits to maintain due to the strong selection pressure they impart, leading to high potential for evolution of escape mutant populations. Here we engineer two CRISPR-based kill switches in the probiotic Escherichia coli Nissle 1917, a single-input chemical-responsive switch and a 2-input chemical- and temperature-responsive switch. We employ parallel strategies to address kill switch stability, including functional redundancy within the circuit, modulation of the SOS response, antibiotic-independent plasmid maintenance, and provision of intra-niche competition by a closely related strain. We demonstrate that strains harboring either kill switch can be selectively and efficiently killed inside the murine gut, while strains harboring the 2-input switch are additionally killed upon excretion. Leveraging redundant strategies, we demonstrate robust biocontainment of our kill switch strains and provide a template for future kill switch development.

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