Transcription profiling-guided remodeling of sulfur metabolism in synthetic bacteria for efficiently capturing heavy metals

硫黄 细菌 化学 金属 硫代谢 新陈代谢 操纵子 抄写(语言学) 微生物代谢 环境化学 大肠杆菌 生物化学 生物 基因 有机化学 遗传学 哲学 语言学
作者
Jinpeng Liu,Nali Zhu,Youjun Zhang,Tongtong Ren,Chaofeng Shao,Rongguang Shi,Xiaohua Li,Meiting Ju,Ting Ma,Qilin Yu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:403: 123638-123638 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.123638
摘要

Heavy metal contamination is becoming a global problem threatening human health. Heavy metal removal by engineered microbes by cellular adsorption and uptake is a promising strategy for treatment of heavy metal contamination. However, this strategy is confronted with limited heavy metal-capturing elements. In this study, we performed a transcription profiling-guided strategy for construction of heavy metal-capturing synthetic bacteria. Transcription profiling of a heavy metal-tolerating Cupriavidus taiwanensis strain revealed up-regulation of sulfur metabolism-related operons (e.g., iscSAU and moaEDAB) by Pb2+ and Cd2+. A synthetic Escherichia coli strain, EcSSMO, was constructed by design of a synthetic sulfur metabolism operon (SSMO) based on iscSAU/moaEDAB. Biochemical analysis and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed that the synthetic bacteria had remodeled sulfur metabolism and enhanced heavy metal-tolerating capacity, with higher surviving EcSSMO cells than the surviving control cells Ec0 (not containing SSMO) at 50 mg/L of Pb2+ and Cd2+ (>92 % versus <10 %). Moreover, EcSSMO exhibited much higher heavy metal-capturing capacity than Ec0, removing>90 % of Pb2+ and Cd2+ at 5 mg/L of Pb2+ and Cd2+, and >40 % of both heavy metals even at 50 mg/L of Pb2+ and Cd2+. This study reveals emphasizes feasibility of transcription profiling-guided construction of synthetic organisms by large-scale remodeling metabolic network.

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