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CELLECT - Self-Regulating System to Ensure Phenotypic Stability in Microbial Cultures #

Phenotypic instability in microbial cultures severely limits the applicability of synthetic biology. Be it for plastic degradation or vitamin synthesis, persistent gene expression is a must. Therefore, we have created CELLECT, an innovative autoregulatory system that makes microbial survival dependent on the existence of a target molecule. The system integrates a riboswitch, specific to the target compound, linked to a toxin-antitoxin mechanism that regulates cell survival. The binding of the target molecule to the riboswitch inhibits downstream toxin gene expression, allowing the cell to persist. Conversely, in the absence of the target compound, toxin levels steadily increase, resulting in cell death. CELLECT’s versatile design makes it applicable across diverse host organisms for the optimization of microbial production or degradation of any compound. We employed computational models to predict system performance in laboratory experiments and demonstrated its functionality through the continuous bioproduction of vitamin B12 in E. coli.

微生物培養における表現型の不安定性は、合成生物学の適用性を大幅に制限しています。プラスチックの分解やビタミンの合成であろうと、一貫した遺伝子発現が必要とされます。したがって、私たちはCELLECTを作成しました。これは革新的な自己調節システムで、微生物の生存をターゲット分子の存在に依存させるものです。このシステムは、ターゲット化合物特有のリボスイッチを有し、細胞の生存を調節する毒素-抗毒素メカニズムに連結しています。ターゲット分子がリボスイッチに結合すると、下流の毒素遺伝子の発現が抑制され、細胞が生存を続けることができます。逆に、ターゲット化合物が欠如すると、毒素のレベルが順調に増加し、細胞死を引き起こします。CELLECTの多目的設計は、任意の化合物の微生物生産または分解の最適化のために、多種多様な宿主生物に適用可能です。私たちは、計算機モデルを用いて実験室でのシステム性能を予測し、E. coliでのビタミンB12の連続生産を通じてその機能性を実証しました。

reference:

• iGEM Freiburg Team Information
• iGEM Freiburg Wiki