Engineering metabolic time-sharing in a clonal Escherichia coli population
Notice bibliographique
Résumé
The “division of labour” strategy is common among microbial communities, as dividing burdensome tasks between members of a community alleviates the strain placed on individual cells. Exploiting this phenomenon in heterogeneous microbial co-cultures for industrial synthesis of valuable compounds is limited by inefficiencies in nutrient exchange and conflicting growth requirements. Here, we demonstrate a synthetic gene circuit which enables cells of an isogenic Escherichia coli population to carry out “metabolic time-sharing” by shifting between alternate metabolic states via temporal changes in gene expression. Further, we review techniques for monitoring such dynamic processes at the single-cell level, and discuss their current applications in bacterial studies. To validate that our circuit may be used to induce cooperative behaviours in microbial populations, we adapted this circuit to engineer cells that oscillate between distinct amino acid auxotrophy phenotypes, driven by the periodic silencing of key biosynthetic genes. Culturing a clonal time-sharing population with unsynchronized oscillators permits reciprocal amino acid cross-feeding, ultimately ensuring population viability. Through comparative growth experiments, we found that the fitness of our time-sharing population was comparable to that of a heterogeneous co-culture composed of E. coli auxotrophs similarly capable of cross-feeding amino acids. Although future studies would be needed to confirm this, our preliminary results suggest that metabolic time-sharing may be a viable alternative to synthetic heterogeneous co-cultures. As it may enable an entire complex biosynthetic pathway to be engineered into a single host with reduced metabolic burden, the metabolic time-sharing strategy demonstrated here could potentially be implemented for microbial bioproduction, among other widespread applications.
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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 | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 ».