プラスミド性能を改善するTEM-1β-ラクタマーゼの抗生物質効率の高い遺伝カセット

抗生物質耐性カセットは、組換えDNA技術、合成生物学、および代謝工学に不可欠なツールです。TEM-1β-ラクタマーゼ（TN3.1と表現）をコードする遺伝子カセットは、最も一般的に使用されているものの1つであり、120を超える市販の細菌発現プラスミド（例えば、PET、PUC、PGEM、PQE、PGEX、PBAD、およびPSEVAシリーズ）。カセットで広く認められている問題は、培地でβ-ラクタム抗生物質を急速に分解するβ-ラクタマーゼの過度に高い力価を生成し、選択的圧力の喪失につながること、そして最終的にはプラスミドを持たない細胞の大部分が生成されることです。。これらの欠点に対処するために、β-ラクタマーゼの最小レベル（TN3.1minを示します）を表す次世代バージョンを設計しました。また、標準のヨーロッパベクターアーキテクチャ（SEVA）（AP（PSEVA＃1min--）と記載）と互換性のあるバージョンを設計しました。TN3.1minまたはAP（PSEVA＃1min-）を含む発現プラスミドは、5倍低い濃度のβ-ラクタム抗生物質を使用して選択でき、培地中のβ-ラクタム抗生物質の半減期の増加から利益を得ることができます（3〜10倍）。さらに、培養内のより多くの細胞がプラスミドを保持しています。要約すると、抗生物質消費を減らし（抗生物質スチュワードシップの不可欠な部分）、細菌細胞工場のプラスミド性能を改善するTEM-1β-ラクタマーゼをコードする2つの抗生物質効率の高い遺伝カセットを提示します。

Antibiotic resistance cassettes are indispensable tools in recombinant DNA technology, synthetic biology, and metabolic engineering. The genetic cassette encoding the TEM-1 β-lactamase (denoted Tn3.1) is one of the most commonly used and can be found in more than 120 commercially available bacterial expression plasmids (e.g., the pET, pUC, pGEM, pQE, pGEX, pBAD, and pSEVA series). A widely acknowledged problem with the cassette is that it produces excessively high titers of β-lactamase that rapidly degrade β-lactam antibiotics in the culture media, leading to loss of selective pressure, and eventually a large percentage of cells that do not have a plasmid. To address these shortcomings, we have engineered a next-generation version that expresses minimal levels of β-lactamase (denoted Tn3.1MIN). We have also engineered a version that is compatible with the Standard European Vector Architecture (SEVA) (denoted Ap (pSEVA#1MIN--)). Expression plasmids containing either Tn3.1MIN or Ap (pSEVA#1MIN--) can be selected using a 5-fold lower concentration of β-lactam antibiotics and benefit from the increased half-life of the β-lactam antibiotics in the culture medium (3- to 10-fold). Moreover, more cells in the culture retain the plasmid. In summary, we present two antibiotic-efficient genetic cassettes encoding the TEM-1 β-lactamase that reduce antibiotic consumption (an integral part of antibiotic stewardship), reduce production costs, and improve plasmid performance in bacterial cell factories.