Uma estratégia sistemática baseada em engenharia genômica para o desenvolvimento de cepas de Escherichia coli resistentes a fagos foi desenvolvida com sucesso através dos esforços colaborativos de uma equipe liderada pelo professor Sang Yup Lee, professor Shi Chen e professor Lianrong Wang. Este estudo de Xuan Zou et al foi publicado em Nature Communications em agosto de 2022 e destaque nos destaques dos editores. A colaboração da Escola de Ciências Farmacêuticas da Universidade de Wuhan, do Primeiro Hospital Afiliado da Universidade de Shenzhen e do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular KAIST fez um avanço importante na engenharia metabólica e na indústria de fermentação, pois resolve um grande problema de infecção por fagos causando falha na fermentação.
A engenharia metabólica de sistemas é um campo altamente interdisciplinar que possibilitou o desenvolvimento de fábricas de células microbianas para produzir vários bioprodutos, incluindo produtos químicos, combustíveis e materiais, de maneira sustentável e ecológica, mitigando o impacto do esgotamento dos recursos mundiais e das mudanças climáticas. A Escherichia coli é uma das cepas microbianas de chassis mais importantes, devido às suas amplas aplicações na produção de base biológica de uma gama diversificada de produtos químicos e materiais. Com o desenvolvimento de ferramentas e estratégias de engenharia metabólica de sistemas utilizando E. coli, uma fábrica de células altamente otimizada e bem caracterizada terá um papel crucial na conversão de matérias-primas baratas e prontamente disponíveis em produtos de grande valor econômico e industrial.

No entanto, o problema consistente da contaminação por fagos na fermentação impõe um impacto devastador nas células hospedeiras e ameaça a produtividade dos bioprocessos bacterianos em instalações de biotecnologia, o que pode levar a falhas generalizadas de fermentação e perdas econômicas imensuráveis. Os sistemas de defesa controlados pelo hospedeiro podem ser desenvolvidos em soluções eficazes de engenharia genética para lidar com a contaminação por bacteriófagos na fermentação em escala industrial; no entanto, a maioria dos mecanismos de resistência restringem apenas os fagos e seu efeito na contaminação dos fagos será limitado.

Houve tentativas de desenvolver diversas habilidades/sistemas para adaptação ambiental ou defesa antiviral. Os esforços colaborativos da equipe desenvolveram um novo sistema de defesa de fosforotioação de DNA de fita simples (Ssp) tipo II derivado de E. coli 3234/A, que pode ser usado em várias cepas industriais de E. coli (por exemplo, E. coli K-12, B e W) para fornecer ampla proteção contra vários tipos de colifagos de dsDNA.

Além disso, eles desenvolveram uma estratégia sistemática de engenharia genômica envolvendo a integração genômica simultânea do módulo de defesa Ssp e mutações em componentes que são essenciais para o ciclo de vida do fago. Essa estratégia pode ser usada para transformar hospedeiros de E. coli que são altamente suscetíveis ao ataque de fagos em cepas com poderosos efeitos de restrição nos bacteriófagos testados. Isso confere aos hospedeiros uma forte resistência contra um amplo espectro de infecções fágicas sem afetar o crescimento bacteriano e a função fisiológica normal. Mais importante ainda, as cepas resistentes a fagos engenheiradas resultantes mantiveram a capacidade de produzir os produtos químicos e proteínas recombinantes desejados, mesmo sob altos níveis de desafio de coquetel de fagos, o que fornece proteção crucial contra ataques de fagos.

Este é um grande passo à frente, pois fornece uma solução sistemática para a engenharia de cepas bacterianas resistentes a fagos, especialmente cepas de bioprodução industrial, para proteger as células de uma ampla variedade de bacteriófagos. Considerando a funcionalidade desta estratégia de engenharia com diversas cepas de E. coli, a estratégia relatada neste estudo pode ser amplamente estendida para outras espécies bacterianas e aplicações industriais, o que será de grande interesse para pesquisadores da academia e da indústria. + Explorar mais

Entendendo como as bactérias desenvolveram um novo mecanismo de defesa contra a infecção por fagos