Genetic route design

黏附模块

采用 P_ompA 组成型启动子,驱动 Lpp-OmpT-MucPB 融合蛋白表达。MucPB 蛋白可作为粘附蛋白,赋予工程菌强大的口腔粘膜粘附能力,而 Lpp-OmpT 则作为外膜锚定信号,确保蛋白在细胞表面正确展示,从而实现高效、稳定的口腔定植。

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黏附模块

降解模块

EnvZ/OmpR 双组分信号系统是一种可以非经典方式发挥作用的原型调控系 统,我们在Envz/OmpR双组份系统上加以改造,去除原有的感知外界渗透压 信号的N端,将EnvZ的C端与来自恶臭假单胞菌的NicR蛋白的配体结合结构 域相连接,实现了尼古丁感应的人工双组份系统。当尼古丁分子与NicR的配 体结合域结合后,将诱导融合蛋白构象变化,触发EnvZ激酶结构域的自磷酸 化,并将磷酸基团转移至响应调节蛋白OmpR,使其活化。磷酸化的OmpR二 聚体特异性结合PompC启动子,驱动下游尼古丁降解酶NicX的转录表达。 冰核蛋白(INP)作为大肠杆菌外膜的锚定信号肽,通过与NicX的N端融合 表达,将尼古丁降解酶NicX定向展示在大肠杆菌表面,NicX可以将尼古丁降 解成无毒的4-羟基-1-(3-吡啶基)-1-丁酮。通过循环催化的方式, 实现了可重复的尼古丁催化降解,同时保障了系统的催化效率与遗传稳定性。

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降解模块

安全模块

1.仅在口腔微环境中稳定存活

在本部分,我们利用CRISPR/dCas9技术构建了逻辑门控系统。将口腔环境限定在了ph≈7和黏膜两个条件下,构建了一种条件依赖性“与门”逻辑控制回路,Pgad作为PH感应启动子,启动dCAS9-VP16的转录;Pmuc作为黏膜蛋白诱导的启动子启动生成gRNA。gRNA准确识别并结合在PlacUV5min的上游区域,VP16发挥促表达效应,大量表达下游CcdA“解毒蛋白”基因,抑制持续表达的CcdB毒蛋白的毒性,当工程菌脱离口腔微环境(如进入胃肠),任一条件缺失都会导致逻辑门失活,CcdA表达终止,未被拮抗的CcdB将迅速诱导细胞死亡,从而保障工程菌仅在目标口腔环境中稳定存活。

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安全模块1

2.阿拉伯糖诱导的自杀线路

当无阿拉伯糖时,AraC 蛋白以二聚体形式结合在 PBAD启动子的调控位点上,形成抑制性构象,阻止RNA聚合酶结合,从而抑制 PBAD的转录。此时,CcdB 不表达,工程菌正常存活。 有阿拉伯糖时,阿拉伯糖分子进入细胞后,与AraC蛋白结合,使其构象发生改变。 构象改变后的AraC从抑制子转变为激活子,能够招募RNA聚合酶到 PBAD启动子上,强烈激活下游 ccdB 基因的转录。CcdB 蛋白大量表达,诱导工程菌发生程序性死亡。 实现可调控的由阿拉伯糖诱导的预防炎症可自杀功能。

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安全模块2

设计参考

IGEM白名单元件引用

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官网白名单

参考文献

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