合成直交複製システムを確立することで、E COLIでの加速進化が可能になります

生物における新しい機能の進化は遅く、その重大な突然変異率によって根本的に制限されています。ここでは、大腸菌に安定した直交複製システムを確立しました。直交レプリコンは、少なくとも16.5キロ塩基の多様な炭素を運ぶことができ、宿主ポリメラーゼによってコピーされませんが、ゲノムをコピーしない直交DNAポリメラーゼ（O-DNAP）によって選択的にコピーされます。直交レプリコンの突然変異率を2〜4桁増加させる変異体O-DNAPを設計しました。12日間でタイゲシクリンに対する耐性が150倍増加することにより、継続的な進化を加速するためのシステムの有用性を実証します。また、GFPバリアントから始めて、5日間で細胞蛍光の1000倍の増加を進化させました。

The evolution of new function in living organisms is slow and fundamentally limited by their critical mutation rate. Here, we established a stable orthogonal replication system in Escherichia coli. The orthogonal replicon can carry diverse cargos of at least 16.5 kilobases and is not copied by host polymerases but is selectively copied by an orthogonal DNA polymerase (O-DNAP), which does not copy the genome. We designed mutant O-DNAPs that selectively increase the mutation rate of the orthogonal replicon by two to four orders of magnitude. We demonstrate the utility of our system for accelerated continuous evolution by evolving a 150-fold increase in resistance to tigecycline in 12 days. And, starting from a GFP variant, we evolved a 1000-fold increase in cellular fluorescence in 5 days.