关注负担因素的微生物群落反馈控制

《Nature Communications》：Burden-aware feedback control of microbial consortia

　　

摘要

工程化的微生物联合体正在成为能够感知并响应环境的变化的可编程系统。然而，随着时间的推移维持稳定的菌群组成仍然具有挑战性，尤其是在生长条件和代谢负荷不断变化的生物过程中。在这里，我们开发了一种基于RNA的多细胞反馈控制系统，该系统通过将基因表达负荷与生长调控相结合来稳定共培养菌群的组成。该系统包含三个模块：基于群体感应的通信机制、用于计算与目标比率偏差的RNA计算工具，以及通过异源表达负荷或CRISPRi介导的基因敲低来实现的可调生长调控。在两种菌株组成的大肠杆菌（E. coli）共培养体系中，这一架构能够在24小时的批量培养过程中保持稳定的共培养比例，在负荷导致的生长减缓后使生长速率恢复多达90%，并使生长较慢的菌株的蛋白质产量提高多达81%。我们通过调节RNA的结合强度和群体感应信号的产生来实现系统的可调性。这项工作表明，基于负荷驱动的生长调控方法可以用于稳定和优化合成微生物联合体的性能。