Diagnosis and mitigation of the systemic impact of genome reduction in <i>Escherichia coli</i> DGF-298
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT Microorganisms with simplified genomes represent interesting cell chassis for systems and synthetic biology. However, genome reduction can lead to undesired traits, such as decreased growth rate and metabolic imbalances. To investigate the impact of genome reduction on Escherichia coli strain DGF-298, a strain in which ~ 36% of the genome has been removed, we reconstructed a strain-specific metabolic model ( i AC1061), investigated the regulation of gene expression using iModulon-based transcriptome analysis, and performed adaptive laboratory evolution to let the strain correct potential imbalances that arose during its simplification. The model notably predicted that the removal of all three key pathways for glycolaldehyde disposal in this microorganism would lead to a metabolic bottleneck through folate starvation. Glycolaldehyde is also known to cause self-generation of reactive oxygen species, as evidenced by the increased expression of oxidative stress resistance genes in the SoxS iModulon. The reintroduction of the aldA gene, responsible for one native glycolaldehyde disposal route, alleviated the constitutive oxidative stress response. Our results suggest that systems-level approaches and adaptive laboratory evolution have additive benefits when trying to repair and optimize genome-engineered strains. IMPORTANCE Genomic streamlining can be employed in model organisms to reduce complexity and enhance strain predictability. One of the most striking examples is the bacterial strain Escherichia coli DGF-298, notable for having over one-third of its genome deleted. However, such extensive genome modifications raise the question of how similar this simplified cell remains when compared with its parent, and what are the possible unintended consequences of this simplification. In this study, we used metabolic modeling along with iModulon-based transcriptomic analysis in different growth conditions to assess the impact of genome reduction on metabolism and gene regulation. We observed little impact of genomic reduction on the regulatory network of E. coli DGF-298 and identified a potential metabolic bottleneck leading to the constitutive activity of the SoxS iModulon. We then leveraged the model's predictions to successfully restore SoxS activity to the basal level.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».