Präzise und zuverlässige Genexpression mittels standardisierter Transkriptions- und Translationsinitiations-Elemente

Eine Unfähigkeit, quantitative Verhaltensweisen für neuartige Kombinationen genetischer Elemente zuverlässig vorherzusagen, begrenzt die rationale Konstruktion biologischer Systeme. Wir entwickelten eine Expressionskassetten-Architektur für genetische Elemente, die die Transkriptions- und Translationsinitiation in Escherichia coli steuern: Transkriptionselemente codieren einen gemeinsamen mRNA-Start, und Translationselemente verwenden ein überlappendes genetisches Motiv, das in vielen natürlichen Systemen vorkommt. Wir konstruierten Bibliotheken konstitutiver und reprimierend regulierter Promotoren zusammen mit Translationseinleitungs-Elementen gemäß diesen Definitionen. Wir maßen Aktivitätsverteilungen für jede Bibliothek und wählten Elemente aus, die gemeinsam eine Expression über einen beobachteten dynamischen Bereich von 1.000-fach ermöglichten. Wir untersuchten alle Kombinationen der ausgewählten Elemente und zeigten, dass beliebige Gene mit einer Zuverlässigkeit von ca. 93 % innerhalb von zweifachen Ziel-Expressionsfenstern ausgedrückt werden. Wir erwarten, dass die hier validierten Definitionen genetischer Elemente kollektiv erweitert werden können, um Sammlungen standardisierter biologischer Bausteine im öffentlichen Bereich zu schaffen, die eine zuverlässige zielgerichtete Genexpressionssteuerung auf Genomskalen unterstützen.