Genom-evolúció és-stabilitás vizsgálata az Esherichia coli genom redukciójával
Title in English
Studies on genome evolution and stability by engineering a reduced Escherichia coli genome
Panel
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent
Institute of Biochemistry (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Participants
Fehér, Tamás Kolisnychenko, Vitaliy
Starting date
2003-01-01
Closing date
2006-12-31
Funding (in million HUF)
17.672
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
A project célja egy minimál genomú Escherichia coli sejt létrehozása a genom tervszerű redukciójával. A laboratóriumi környezetben nélkülözhető gének eliminálásával egyszerűsített sejt “javított” modellszervezetként és biotechnológiai eszközként szolgálhat. Precíz deléciókkal 18,8%-kal csökkentettük a K-12 törzs genomját. Összehasonlító genomikai elemzés alapján kiejtettük az összes mobil genetikai elemet, számos virulenciagént, ismeretlen funkciójú és nem-esszenciális gént. A genomméret 4 639 675 bp-ról 3 768 583 bp-ra csökkent. A deléciókon túl egyes metabolikus defekteket (pirimidin és izoleucin bioszintézis) korrigáltunk. A 62 deléciós törzs (MDS62) növekedési rátája eléri a szülői törzsét. Az MDS törzsek hatékonyan transzformálhatók, és magas plazmid és rekombináns fehérje produkcióra képesek. A mobilis genetikai elemek eliminációja megnövekedett genomi stabilitást eredményezett. A deléciós (MDS) sejtek mutációs rátája – különösen stresszkörülmények között – alacsonyabb a szülői törzsénél. A mobilis elemek stresszhatásra bekövetkező indukciója egyfajta - a sejt integritását megőrző - védekezési mechanizmusra utal.
Results in English
We have initiated the rational reduction of the Escherichia coli genome in order to obtain a minimal E. coli cell. Our primary goal is to construct an “improved” model organism and biotechnological tool by the rational elimination of genes unnecessary under laboratory conditions. The K-12 genome was reduced by precise scarless deletions. The new strains, with genomes up to 18.8% smaller, were designed by bioinformatic comparative genomics of four E. coli strains to identify non-essential genes and recombinogenic, mobile or cryptic virulence sequences, as well as genes with unknown functions for elimination. Besides genome reduction from 4,639,675 to 3,768,583 bp, certain metabolic deficiencies of the parent strain, e.g. pyrimidine or isoleucine biosynthesis were also corrected. The multiple deletion strain harboring 62 deletions (MDS62) displays no decrease in growth-rate. Additional useful features of the strains include efficient transformability and high yield of plasmid and protein production. Removal of all mobile genetic elements resulted in an increased genomic and plasmid stability. MDS cells display a decreased mutation rate, especially under stressful conditions. Stress-induced mobilisation of IS elements can serve as a defense mechanism protecting the integrity of the cell.
Fehér T, Cseh B, Umenhoffer K, Karcagi I, Pósfai G: Characterization of cycA mutants of Escherichia coli. An assay for measuring in vivo mutation rates, Mutat Res 595 184-190, 2006
Fehér T, Papp B, Pál C, Pósfai G: Systematic genome reductions: Theoretical and experimental aspects, Chemical Rev, in press, 2007
Fehér T, Karcagi I, Győrfy Z, Umenhoffer K, Csörgő B, Pósfai G: Scarless engineering of the Escherichia coli genome, Methods in Molecular Biology, Humana Press, in press, 2007
