Se ha desarrollado con éxito una estrategia sistemática basada en la ingeniería del genoma para desarrollar cepas de Escherichia coli resistentes a los fagos gracias a los esfuerzos de colaboración de un equipo dirigido por el profesor Sang Yup Lee, el profesor Shi Chen y el profesor Lianrong Wang. Este estudio de Xuan Zou et al fue publicado en Nature Communications en agosto de 2022 y apareció en lo más destacado de los editores. La colaboración de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas de la Universidad de Wuhan, el Primer Hospital Afiliado de la Universidad de Shenzhen y el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de KAIST ha logrado un avance importante en la ingeniería metabólica y la industria de la fermentación, ya que resuelve un gran problema de infección por fagos. provocando fallas en la fermentación.

La ingeniería metabólica de sistemas es un campo altamente interdisciplinario que ha hecho posible el desarrollo de fábricas de células microbianas para producir diversos bioproductos, incluidos productos químicos, combustibles y materiales, de una manera sostenible y respetuosa con el medio ambiente, mitigando el impacto del agotamiento de los recursos en todo el mundo y el cambio climático. Escherichia coli es una de las cepas microbianas de chasis más importantes, dadas sus amplias aplicaciones en la producción de base biológica de una amplia gama de productos químicos y materiales. Con el desarrollo de herramientas y estrategias para la ingeniería metabólica de sistemas utilizando E. coli, una fábrica de células altamente optimizada y bien caracterizada jugará un papel crucial en la conversión de materias primas baratas y fácilmente disponibles en productos de gran valor económico e industrial.

Sin embargo, el problema constante de la contaminación por fagos en la fermentación impone un impacto devastador en las células huésped y amenaza la productividad de los bioprocesos bacterianos en las instalaciones de biotecnología, lo que puede conducir a fallas generalizadas en la fermentación y pérdidas económicas inconmensurables. Los sistemas de defensa controlados por el huésped pueden convertirse en soluciones de ingeniería genética efectivas para abordar la contaminación por bacteriófagos en la fermentación a escala industrial; sin embargo, la mayoría de los mecanismos de resistencia solo restringen de forma estrecha a los fagos y su efecto sobre la contaminación por fagos será limitado.

Ha habido intentos de desarrollar diversas habilidades/sistemas para la adaptación ambiental o la defensa antiviral. Los esfuerzos de colaboración del equipo desarrollaron un nuevo sistema de defensa de fosforotioación (Ssp) de ADN monocatenario de tipo II derivado de E. coli 3234/A, que puede usarse en múltiples cepas industriales de E. coli (p. ej., E. coli K-12, B y W) para proporcionar una amplia protección contra varios tipos de colifagos de dsDNA.

Además, desarrollaron una estrategia de ingeniería genómica sistemática que involucraba la integración genómica simultánea del módulo de defensa Ssp y mutaciones en componentes que son esenciales para el ciclo de vida del fago. Esta estrategia se puede utilizar para transformar huéspedes de E. coli que son muy susceptibles al ataque de fagos en cepas con potentes efectos de restricción en los bacteriófagos probados. Esto dota a los huéspedes de una fuerte resistencia contra un amplio espectro de infecciones por fagos sin afectar el crecimiento bacteriano y la función fisiológica normal. Lo que es más importante, las cepas resistentes a los fagos diseñadas resultantes mantuvieron la capacidad de producir los productos químicos deseados y las proteínas recombinantes incluso bajo altos niveles de desafíos de cócteles de fagos, lo que proporciona una protección crucial contra los ataques de fagos.

Este es un gran paso adelante, ya que proporciona una solución sistemática para diseñar cepas bacterianas resistentes a los fagos, especialmente cepas de bioproducción industrial, para proteger las células de una amplia gama de bacteriófagos. Teniendo en cuenta la funcionalidad de esta estrategia de ingeniería con diversas cepas de E. coli, la estrategia informada en este estudio puede extenderse ampliamente a otras especies bacterianas y aplicaciones industriales, lo que será de gran interés para los investigadores académicos e industriales por igual. + Explora más

Comprender cómo las bacterias han desarrollado un nuevo mecanismo de defensa contra la infección por fagos