Conception universelle, Biologie synthétique, ARN, CRISPR, Séparation de phases liquide-Liquide

Les pièces réutilisables qui peuvent être utilisées à des fins arbitraires sont essentielles pour créer des systèmes biologiques synthétiques de manière simple et prévisible. Cette idéologie rappelle le concept de "conception universelle" ou de "conception pour tous" proposé dans les architectures, où certaines conceptions ou un environnement composite peuvent être accessibles, compris et exploités par le plus grand nombre d'utilisateurs. Étant donné la simplicité de l'appariement des bases, l'informatique basée sur l'ARN est une solution prometteuse pour concevoir des régulateurs génétiques pour toutes les séquences d'ARN d'entrée et tous les mécanismes en aval. Nous démontrons ici une stratégie, réalisée par des répresseurs d'ARN de conception nouvelle du traitement de l'ARN CRISPR, appelés ARN anti-CRISPR (acrRNAs). En profilant plus d'un million de variantes, nous signalons que CRISPR-Csy4 est ultrasensible au contexte de son site de liaison, ce qui conduit à des sorties presque "tout ou rien". Puis, par épuisement des palindromes synthétisables, nous montrons que les longues hélices suppriment suffisamment la répression, ce qui inspire la conception des acrRNA. Pour concevoir automatiquement des ARN de commutation, nous avons formé le Seq2DFunc, un modèle d'apprentissage approfondi permettant de classer les précurseurs d'ARN de CRISPR (pré-crRNA) avec une grande précision (score f1 = 0,93). Comme prévu, les riborégulateurs acrRNAs::pre-crRNAs ont montré les mêmes états de traitement ON et OFF avec une grande efficacité de répression, malgré la différence de séquences. Étant donné que la logique ARN-ARN agit sur les pré-crRNAs eux-mêmes, nous prévoyons que diverses applications peuvent être adaptées en aval de manière plug-and-play. Nous illustrons cette utilité par des activations de gènes dans des gammes dynamiques larges et ajustables. Bien que la plupart des efforts en biologie synthétique supposent des réactions bien mélangées des régulateurs, les processus biochimiques nécessitent souvent une régulation spatiale et des microenvironnements spécifiques. L'absence générale d'organites dans les bactéries limite le potentiel des réactions intracellulaires complexes de la bio-ingénierie. Nous démontrons ici que les gouttelettes de solvant à ARN adressable par génie transcriptionnel (TEARS) sont des microdomaines synthétiques au sein d'Escherichia coli. Les TEARS sont assemblées à partir de domaines de recrutement de protéines liant l'ARN fusionnés à des répétitions de poly-CAG qui entraînent spontanément la séparation de la phase liquide-liquide du cytoplasme de masse. Le ciblage de TEARS avec des protéines fluorescentes a révélé des structures multicouches et un mécanisme de non-équilibre contrôlant leur composition et la robustesse de la réaction. Nous montrons que TEARS permet d'isoler des bioprocédés de type organelle pour séquestrer les voies biochimiques, contrôler les points de ramification du métabolisme, tamponner les taux de traduction de l'ARNm et les interactions protéine-protéine d'échafaudage. TEARS est un outil simple et polyvalent pour contrôler spatialement la biochimie d'E. coli.