生細胞からのβ-ガラクトシダーゼレポーターの電気化学測定：ミラーアッセイとの比較

機能を強化してセルを想像し、構築する能力を一致させるには、パフォーマンスを解明するための簡単でリアルタイムの方法を付随的に開発する必要があります。これらを使用すると、新しいデザインをシリコでテストし、建設のステップを段階的に検証できます。電気化学的監視は、信号変換が直接電子移動に由来し、潜在的に迅速かつ統合された測定値を可能にするため、主に上記の利点を提供します。最も一般的な遺伝子レポーターの1つであるβ-ガラクトシダーゼは、分光光度（ミラーアッセイ）と電気化学的に両方の測定できます。しかし、2つの関係はよく理解されていないため、電気化学的方法はまだ生物学者の注意を集めていません。合成生物学コミュニティへの電気化学測定の有用性を実証することを目的として、細菌クォーラムセンシング分子自己誘導剤-2の濃度を解釈して報告する遺伝的構成を作成しました。この作業では、電気化学的測定とミラーユニットの間に相関関係があります。電気化学アッセイは、溶解した細胞と全体の細胞の両方で機能し、一方が他方からの予測を可能にし、細胞応答を継続的に監視できることを示します。さらに、さまざまな合成生物学コンストラクトの構築と予測に役立つ細胞ベースのβ-ガラクトシダーゼレポーターシステムの概念的にシンプルで一般化された数学モデルを提示します。この史上初の比較と分析は、合成生物学の分野での電気化学的リアルタイムモニタリングの使用を促進し、電子システムに情報をより簡単に通信できる構造の作成を促進することを目的としています。

In order to match our ability to conceive of and construct cells with enhanced function, we must concomitantly develop facile, real-time methods for elucidating performance. With these, new designs can be tested in silico and steps in construction incrementally validated. Electrochemical monitoring offers the above advantages largely because signal transduction stems from direct electron transfer, allowing for potentially quicker and more integrated measurements. One of the most common genetic reporters, β-galactosidase, can be measured both spectrophotometrically (Miller assay) and electrochemically. However, since the relationship between the two is not well understood, the electrochemical methods have not yet garnered the attention of biologists. With the aim of demonstrating the utility of an electrochemical measurement to the synthetic biology community, we created a genetic construct that interprets and reports (with β-galactosidase) on the concentration of the bacterial quorum sensing molecule autoinducer-2. In this work, we provide a correlation between electrochemical measurements and Miller Units. We show that the electrochemical assay works with both lysed and whole cells, allowing for the prediction of one from the other, and for continuous monitoring of cell response. We further present a conceptually simple and generalized mathematical model for cell-based β-galactosidase reporter systems that could aid in building and predicting a variety of synthetic biology constructs. This first-ever in-depth comparison and analysis aims to facilitate the use of electrochemical real-time monitoring in the field of synthetic biology as well as to facilitate the creation of constructs that can more easily communicate information to electronic systems.