Name: engineering adherent bacteria by creating a single synthetic curli operon
Uploaded: 2012-11-16T12:00:00
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我々はリヨン仁のENS IGEMチーム（ヴィヴィアンChansavang、マチルドデュモン、アレクサンドルデュプレイ、メラニージェフロア、クレメンスGonthier、マルゴージョラン、Aurélieハーグ、ゴキのLy、トーマスポアンソ、ベリルロイヤー·ベルトラン、ジュリーSoulaの、マイケルVonzyの他のメンバーに感謝、ピエール·イヴ·ズンデル、Soufiane Bouhmadi、オリビエBrette、ガエルChambonnier、ラウライザド、Aurianne Kroiss、フィリップジューヌ、アニエスRodrigue、アルノーロンドレ、シルヴィーReverchonとヴァレリーDesjardin）、彼らの財政支援（ビオメリュー、Assystem、EDFは、財団のために我々のスポンサークリティカルこの原稿の読み取りとひずみのギフトのための博士のCCセー用INSA、ENS-Lyonとバイオサイエンス仁リヨン学科）、F. Wisniewskiは染料。ドローグBには博士号を受け取る地方ローヌ=アルプからフェローシップ。

1。 CurliオペロンのBiobrickのデザインと合成<ol><li>遺伝子構成を決定し、curli遺伝子の内因性の転写および翻訳シグナルをローカライズします。これらの情報は、RegulonDB aまたはbとEcoGene専門データベースに収集され、適切な出版物を注意深く読むことによって完了します。データ管理とインシリコ preanalysis ではクローンマネージャーソフトウェアCで行わ...

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	<li>O'Toole, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microtiter+Dish+Biofilm+Formation+Assay.">Microtiter Dish Biofilm Formation Assay.</a> J. Vis. Exp. (47), e2437 (2011).</li><li>Melamed, S., Elad, T., Belkin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbial+sensor+cell+arrays.">Microbial sensor cell arrays.</a> Curr. Opin. Biotechnol. , (2011).</li><li>Melamed, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+printed+nanolitre-scale+bacterial+sensor+array.">A printed nanolitre-scale bacterial sensor array.</a> Lab Chip. 11, 139-146 (2011).</li><li>Raghu, G., Balaji, V., Venkateswaran, G., Rodrigue, A., Maruthi Mohan, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioremediation+of+trace+cobalt+from+simulated+spent+decontamination+solutions+of+nuclear+power+reactors+using+E.+coli+expressing+NiCoT+genes.">Bioremediation of trace cobalt from simulated spent decontamination solutions of nuclear power reactors using E. coli expressing NiCoT genes.</a> Appl. Microbiol. Biotechnol. 81, 571-578 (2008).</li><li>Olsen, A., Jonsson, A., Normark, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fibronectin+binding+mediated+by+a+novel+class+of+surface+organelles+on+Escherichia+coli.">Fibronectin binding mediated by a novel class of surface organelles on Escherichia coli.</a> Nature. 338, 652-655 (1989).</li><li>Prigent-Combaret, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developmental+pathway+for+biofilm+formation+in+curli-producing+Escherichia+coli+strains:+role+of+flagella,+curli+and+colanic+acid.">Developmental pathway for biofilm formation in curli-producing Escherichia coli strains: role of flagella, curli and colanic acid.</a> Environ. Microbiol. 2, 450-464 (2000).</li><li>Chapman, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+Escherichia+coli+curli+operons+in+directing+amyloid+fiber+formation.">Role of Escherichia coli curli operons in directing amyloid fiber formation.</a> Science. 295, 851-855 (2002).</li><li>Vidal, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+an+Escherichia+coli+K-12+mutant+strain+able+to+form+biofilms+on+inert+surfaces:+involvement+of+a+new+ompR+allele+that+increases+curli+expression.">Isolation of an Escherichia coli K-12 mutant strain able to form biofilms on inert surfaces: involvement of a new ompR allele that increases curli expression.</a> J. Bacteriol. 180, 2442-2449 (1998).</li><li>Hidalgo, G., Chen, X., Hay, A. G., Lion, L. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Curli+produced+by+Escherichia+coli+PHL628+provide+protection+from+Hg(II).">Curli produced by Escherichia coli PHL628 provide protection from Hg(II).</a> Appl. Environ. Microbiol. 76, 6939-6941 (2010).</li><li>Garzon-Rodriguez, W., Yatsimirsky, A. K., Glabe, C. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Binding+of+Zn(II),+Cu(II),+and+Fe(II)+ions+to+Alzheimer's+A+beta+peptide+studied+by+fluorescence.">Binding of Zn(II), Cu(II), and Fe(II) ions to Alzheimer's A beta peptide studied by fluorescence.</a> Bioorg. Med. Chem. Lett. 9, 2243-2248 (1999).</li><li>Taylor, J. 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S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fibrillation+of+the+major+curli+subunit+CsgA+under+a+wide+range+of+conditions+implies+a+robust+design+of+aggregation.">Fibrillation of the major curli subunit CsgA under a wide range of conditions implies a robust design of aggregation.</a> Biochemistry. 50, 8281-8290 (2011).</li><li>Jubelin, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CpxR/OmpR+interplay+regulates+curli+gene+expression+in+response+to+osmolarity+in+Escherichia+coli.">CpxR/OmpR interplay regulates curli gene expression in response to osmolarity in Escherichia coli.</a> J. 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Microbiol. 18, 661-670 (1995).</li><li>Blaha, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Escherichia+coli+metallo-regulator+RcnR+represses+rcnA+and+rcnR+transcription+through+binding+on+a+shared+operator+site:+Insights+into+regulatory+specificity+towards+nickel+and+cobalt.">The Escherichia coli metallo-regulator RcnR represses rcnA and rcnR transcription through binding on a shared operator site: Insights into regulatory specificity towards nickel and cobalt.</a> Biochimie. 93, 434-439 (2011).</li><li>Miao, H., Ratnasingam, S., Pu, C. S., Desai, M. M., Sze, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual+fluorescence+system+for+flow+cytometric+analysis+of+Escherichia+coli+transcriptional+response+in+multi-species+context.">Dual fluorescence system for flow cytometric analysis of Escherichia coli transcriptional response in multi-species context.</a> J. Microbiol. Methods. 76, 109-119 (2009).</li><li>Chung, C. T., Niemela, S. L., Miller, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-step+preparation+of+competent+Escherichia+coli:+transformation+and+storage+of+bacterial+cells+in+the+same+solution.">One-step preparation of competent Escherichia coli: transformation and storage of bacterial cells in the same solution.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 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Methods. 82, 64-70 (2010).</li><li>Ceri, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Calgary+Biofilm+Device:+new+technology+for+rapid+determination+of+antibiotic+susceptibilities+of+bacterial+biofilms.">The Calgary Biofilm Device: new technology for rapid determination of antibiotic susceptibilities of bacterial biofilms.</a> J. Clin. Microbiol. 37, 1771-1776 (1999).</li><li>Harrison, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+microscopy+and+three-dimensional+visualization+to+evaluate+the+structure+of+microbial+biofilms+cultivated+in+the+Calgary+Biofilm+Device.">The use of microscopy and three-dimensional visualization to evaluate the structure of microbial biofilms cultivated in the Calgary Biofilm Device.</a> Biol. Proced. 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重要なステップこの合成生物学のアプローチの中で最も重要なステップは、遺伝子の設計です。合成遺伝子の設計は、効率的なシステムの生産を確保するために細心でなければならない。核廃液のバイオ除菌：その分泌系に関与するタンパク質をコードファイバモノマー及び3つの遺伝子をコードする2つの遺伝子は、新規アプリケーションのための新しい機能的なユニット?...

非生物的サポートに細菌付着はバイオレメディエーション、生体触媒または微生物燃料電池に大きな役割を果たしている。バイオレメディエーションプロセスは、有機物を分解する微生物の能力を使用したり、金属分布（固定、揮発）、または分化を修正することができます。これらの有益な活動は、水生·陸生生態系ではなく、産業や家庭排水の汚染水を処理するために開発された人工システムで観察されています。微生物の活動の強度や品質はもちろんのこと、微生物のライフスタイル（フリーフローティングまたはバイオフィルム中に埋め込まれている）で、物理化学的要因に依存する。バイオフィルム形成は、多様なメカニズムによって殺生物剤に抵抗性を促進する代謝に関連付けられています。この現象は、したがって、ほとんどのバイオレメディエーションプロセスに奨励される。また、バイオフィルム形成を制御するためのエンジニアリング大腸菌細胞が正常に適用されているバイオチップ2-3全細胞センサーを固定。 金属の高濃度の微生物の適応は、そのような細胞外マトリックス成分への吸着、細胞内に金属を集中することができる排出ポンプまたは特定のキャリアの活性化などの多様なメカニズムを介して行われます。ラグーらによって説明されているように遺伝子工学を介してこれらの細菌の活動を後押しすることは、特に弱い量で毒性の高い金属の場合には、実験室規模での金属汚染を効率的かつ安価な治療を可能にします2008年4。細菌の修復は、このケースでは、イオン交換樹脂を用いた古典的な化学プロセスに比べて競争力のあるコスト削減方法を表しています。著者らは、Eを説明大腸菌シャーシは遺伝のマルチコピープラスミド許可過剰生産と排出ポンプをコードする遺伝子rcnAをノックアウトすることで、次に変換によってコバルト取り込みおよび保持第一のために設計コバルトの選択的取り込みとトランスポーターはこのような歪みは、放射性廃液を治療するために、イオン交換樹脂への効率的な代替として表示されますが、重要な未解決の問題は、プロセス4の終わりに汚染された菌の回復です。私たちの仕事の目的は、ガラスやプラスチックなどの非生物的支持に固執することができるカスタム設計された菌株を設計することであった。 アドヘシンおよびグラム細菌で同定付着線毛の全体のセットの中で、我々はcurli生産を可能にするシステムを設計することを選んだ。 Curliは大腸菌から突出薄い（2-5 nmの直径）と高凝集アミロイド繊維である非結晶性と不溶性マトリックス5月7日として大腸菌やサルモネラ表面。 Curliも無生物表面とバイオフィルム8の開発の植民地化に関与している。 Curliは最近水銀イオン9を結合することが示された。アミロイドは確かに高い有することが知られている例えば、Cu 2 +、Zn 2 +及びFe 3 +の10のような金属イオンに対する親和性。このプロパティには、さらに金属汚染排水の除染が向上する場合があります。 CSGクラスタはcurli繊維の製造を担当し、2発散転写オペロン（ 図1）で構成されている。 csgB、csgAとcsgC遺伝子は 2 curliサブユニット、CsgAとCsgBをコード化して、センスオペロンを構成している。 CsgCはcurli生合成システム内レドックス活性に関与しているように見えるとCsgG孔11動作に影響を与える。しかし、curli生産菌の大部分におけるcsgCの不在は、対応するタンパク質がcurli生合成を制御するための唯一のsecundaryレベルを提供することを示しています。システムを簡素化するために、私たちは、遺伝子の最小数で動作するように選択されています。 csgDEFGは規制と輸送に不可欠なタンパク質をoperonencodesCsgAとCsgBの細胞表面へ。 CsgDはcsgBACオペロンの転写活性化因子であるとcurli線毛、セルロース12など他のバイオ成分の産生を制御することによって阻害すると鞭毛生産13によるバイオフィルム形成の制御において重要な役割を果たしています。 CsgE、CsgFとCsgGは主要curliサブユニット蛋白質CsgAが可溶性タンパク質として分泌され、それを通して外膜におけるcurli固有分泌装置を構成する。 CsgAの重合が膜結合核タンパク質CsgB（14件中）のin vivoで依存しています。いくつかの2成分系を含む複雑な調節経路がcurli遺伝子発現15から16を制御することが示されている。これらの複雑な規制は、細菌が環境手がかりに応答curliの産生を介して厚いバイオフィルムを形成することができますが、産業用アプリケーション向けに、制御するのは困難です。 Metの回復を容易にするために工業プロセス中のアル·ぬいぐるみ細菌、固体支持体への細菌の固定は確かに明確に定義されたパラメータ（s）によって制御される必要がある。 curliの付着特性は、それらのアミロイド性質17にリンクされており、バイオレメディエーションプロセスを改善するために使用することができますが、単純かつ容易に制御されたデバイスを作成する必要があります。 これらの7つの遺伝子18の中でも、curli合成（csgBとcsgAは繊維モノマーをコードする）と輸出（csgE csgFとcsgG、curli分泌複合体をコードする）のための5絶対に必要な遺伝子のセットが合成オペロンを構築するために選択した。 curliの&quot;自然な&quot;規制を逃れるために、強力かつコバルトoverinducibleプロモーターの制御（ 図2）の下で、これらの5 CSG ​​遺伝子を含む合成オペロンを設計し、合成した。 curliコード領域のステップ·バイ·ステップの分析と機能合成するための設計手順断定的なオペロンが記載されている。ポリスチレンやガラスへの細菌付着を可視化し、定量化するための二つの方法が説明されています。

<table border="1"><tbody><tr><td> 試薬の名称 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td><td> コメント（オプション） </td></tr><tr><td> pIG2 </td><td></td><td></td><td>合成P RCNを含む3165 bpのEcoRI / PstIフラグメントを持つpUC57（pMB1 ORI、2710 bp）の- csgBAEFGオペロン;アンプR </td></tr><tr><td> pUC18を</td><td></td><td></td><td>アンプR、（pMB1 ORI、2686 bp）を多コピープラスミド</td></tr><tr><td> S23 </td><td></td><td></td><td> SSC1（= GFPタグMG1655は、CCセーの贈り物）/ pIG2 </td></tr><tr><td> S24 </td><td></td><td></td><td> SSC1/pUC18 </td></tr><tr><td>のCoCl 2 </td><td>シグマ</td><td></td><td> 0,1 Mのストック溶液は、室温で維持</td></tr><tr><td> M63 </td><td></td><td></td><td> 29 </TD&gt; </tr><tr><td> 24ウェルプレート</td><td>ヌンク</td><td> 55429 </td><td>ポリスチレン24ウェルプレート</td></tr></tbody></table>

engineering adherent bacteria by creating a single synthetic curli operon

ここで説明する方法は、 大腸菌を再設計することで構成されています強いと金属overinducibleプロモーターの制御下にcurli遺伝子の最小数を組み立てることにより、細菌の付着の結果として生じるゲインを可視化し、定量化における大腸菌の付着特性。この方法では、適切な工学的合成生物学の抽象化と標準化の原則、BBa_K540000 Biobrick（ベスト新Biobrick機器、エンジニアリング、IGEM 2011）の結果を適用します。 最初のステップは、金属に反応して、したがって、野生型株の付着力を高めることにcurli過剰生産に専念して合成オペロンのデザインで構成されています。オリジナルcurliオペロン転写および翻訳シグナルを最適化し、curliの&quot;自然な&quot;規制を逃れるためにin silicoで変更されました。このアプローチでは、成功を収めてcurli生産の私達の現在の理解度をテストすることができました。 Moreoverは、単純な金属調節プロモーターに内因性の複雑なプロモーター（10以上の転写調節因子が同定される）スイッチングによりcurli規制を簡素化すると制御への付着が非常に容易になります。 第二段階は、単純なメソッドの実装によって付着力の定性的および定量的評価が含まれています。これらの方法にかかわらず、バイオフィルム形成に関与する生物学的構造の付着細菌の広い範囲に適用されます。 24ウェルポリスチレンプレートで付着試験は、クリスタルバイオレット染色後の細菌バイオフィルムの迅速な予備可視化を提供します。この定性検査は、アドヒアランスの割合の定量化によって先鋭化することができます。このような方法は非常にシンプルでありながら優れた再現性と再現性の両方で以前に1に記載のように唯一のクリスタルバイオレット染色よりも正確です。蛍光またはレーザーのconfによりスライドガラス上のGFPタグ細菌の可視化OCAL顕微鏡は、現象を直接観察することにより、24ウェルプレート試験で得られた結果を強化することができます。

EのシーケンスをCSG野生型の in silico In アノテーション転写および翻訳シグナルの最適化に関連する大腸菌 K12は、 図3（補足データでフルシーケンス）に示すように、単一の合成curliオペロンP RCN-CSGを設計することができました。プロトコル2とプロトコル3 curli生産に伴うアドヒアランスを可視化し、定量化するために使用された。各ウェル...

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Engineering Adherent Bacteria by Creating a Single Synthetic Curli Operon

分泌装置とcurli繊維構造モノマーの両方をコードする合成オペロンの設計について説明する。これらのアミロイドと接着ポリマーの過剰産生の付着の測定可能なゲインを許可<em&gt; E大腸菌の</em&gt;シャーシ<sup&gt; 1</sup&gt;。アドヒアランスを可視化し、定量化するための簡単​​な方法を説明しています。

単一の合成Curliオペロンを作成して付着細菌を工学

The  method described here consists in redesigning E. coli adherence properties by assembling the minimum number of  curli genes under the control of a ...

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Analyzing Cellular Internalization of Nanoparticles and Bacteria by Multi-spectral Imaging Flow Cytometry

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