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分裂报告基因促进线性无细胞转录-翻译系统中基因表达和肽生产的监测。

Split Reporters Facilitate Monitoring of Gene Expression and Peptide Production in Linear Cell-Free Transcription-Translation Systems.

机构信息

Centre de Biologie Structurale (CBS), University of Montpellier, INSERM U1054, CNRS UMR5048, Montpellier 34090, France.

School of Physics and Astronomy, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota 55455, United States.

出版信息

ACS Synth Biol. 2024 Oct 18;13(10):3119-3127. doi: 10.1021/acssynbio.4c00353. Epub 2024 Sep 18.

DOI:10.1021/acssynbio.4c00353
PMID:39292739
Abstract

Cell-free transcription-translation (TXTL) systems expressing genes from linear dsDNA enable the rapid prototyping of genetic devices while avoiding cloning steps. However, repetitive inclusion of a reporter gene is an incompressible cost and sometimes accounts for most of the synthesized DNA length. Here we present reporter systems based on split-GFP systems that reassemble into functional fluorescent proteins and can be used to monitor gene expression in TXTL. The 135 bp GFP10-11 fragment produces a fluorescent signal comparable to its full-length GFP counterpart when reassembling with its complementary protein synthesized from the 535 bp fragment expressed in TXTL. We show that split reporters can be used to characterize promoter libraries, with data qualitatively comparable to full-length GFP and matching expression measurements. We also use split reporters as small fusion tags to measure the TXTL protein and peptide production yield. Finally, we generalize our concept by providing a luminescent split reporter based on split-nanoluciferase. The ∼80% gene sequence length reduction afforded by split reporters lowers synthesis costs and liberates space for testing larger devices while producing a reliable output. In the peptide production context, the small size of split reporters compared with full-length GFP is less likely to bias peptide solubility assays. We anticipate that split reporters will facilitate rapid and cost-efficient genetic device prototyping, protein production, and interaction assays.

摘要

无细胞转录-翻译(TXTL)系统可从线性 dsDNA 表达基因,从而在避免克隆步骤的同时实现遗传器件的快速原型制作。然而,重复包含报告基因是不可压缩的成本,有时会占据合成 DNA 长度的大部分。在这里,我们提出了基于 GFP 分裂系统的报告基因系统,该系统可以重新组装成功能性荧光蛋白,并可用于监测 TXTL 中的基因表达。当与从 535bp 片段表达的互补蛋白重新组装时,135bp GFP10-11 片段产生的荧光信号与全长 GFP 相当。我们表明,分裂报告基因可用于表征启动子文库,其数据与全长 GFP 定性可比,与表达测量结果匹配。我们还使用分裂报告基因作为小融合标签来测量 TXTL 蛋白和肽的生产产量。最后,我们通过提供基于分裂纳米荧光素酶的发光分裂报告基因来推广我们的概念。与全长 GFP 相比,分裂报告基因的基因序列长度减少约 80%,从而降低了合成成本,并为测试更大的器件腾出了空间,同时产生了可靠的输出。在肽生产方面,与全长 GFP 相比,分裂报告基因的小尺寸不太可能影响肽溶解度测定。我们预计,分裂报告基因将促进快速、高效的遗传器件原型制作、蛋白质生产和相互作用测定。

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