Combinatorial optimization of gene expression through recombinase-mediated promoter and terminator shuffling in yeast

终端(太阳能) 合成生物学 基因 生物 异源的 重组酶 异源表达 计算生物学 基因表达 表情盒 遗传学 基因组编辑 清脆的 重组DNA 载体(分子生物学) 电离层 物理 重组 天文
作者
Charlotte Cautereels,Jolien Smets,Peter W. Bircham,Dries De Ruysscher,Anna Zimmermann,Peter De Rijk,Jan Steensels,Anton Gorkovskiy,Joleen Masschelein,Kevin J. Verstrepen
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41467-024-44997-7
摘要

Abstract Microbes are increasingly employed as cell factories to produce biomolecules. This often involves the expression of complex heterologous biosynthesis pathways in host strains. Achieving maximal product yields and avoiding build-up of (toxic) intermediates requires balanced expression of every pathway gene. However, despite progress in metabolic modeling, the optimization of gene expression still heavily relies on trial-and-error. Here, we report an approach for in vivo, multiplexed G ene E xpression M odification b y L oxPsym-Cr e R ecombination (GEMbLeR). GEMbLeR exploits orthogonal LoxPsym sites to independently shuffle promoter and terminator modules at distinct genomic loci. This approach facilitates creation of large strain libraries, in which expression of every pathway gene ranges over 120-fold and each strain harbors a unique expression profile. When applied to the biosynthetic pathway of astaxanthin, an industrially relevant antioxidant, a single round of GEMbLeR improved pathway flux and doubled production titers. Together, this shows that GEMbLeR allows rapid and efficient gene expression optimization in heterologous biosynthetic pathways, offering possibilities for enhancing the performance of microbial cell factories.

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