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Bacterial host and reporter gene optimization for genetically encoded whole cell biosensors

Authors :
Nicolas Ginet
Elodie C. T. Descamps
Géraldine Adryanczyk-Perrier
Louis Dumas
Agnès Rodrigue
David Pignol
Arjan de Groot
Julien Cayron
Elsa Prudent
Sandra Prévéral
Camille Escoffier
Manon Ricquebourg
Catherine Brutesco
Daniel Garcia
Institut de Biosciences et Biotechnologies d'Aix-Marseille (ex-IBEB) (BIAM)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Microbiologie Environnementale et Moléculaire (MEM)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Microbiologie, adaptation et pathogénie (MAP)
Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Bioénergie et Microalgues (EBM)
Trafic et signalisation membranaires chez les bactéries (MTSB)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
ANR-11-ECOT-0009,COMBITOX,COnception d'un instrument pour la Mesure BIologique multiparamètrique en continu de TOXiques(2011)
Biologie végétale et microbiologie environnementale - UMR7265 ( BVME )
Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Aix Marseille Université ( AMU )
Ecologie microbienne ( EM )
Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon ( ENVL ) -Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL )
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -VetAgro Sup ( VAS )
Centre Sciences des Processus Industriels et Naturels ( SPIN-ENSMSE )
École des Mines de Saint-Étienne ( Mines Saint-Étienne MSE )
Institut Mines-Télécom [Paris]-Institut Mines-Télécom [Paris]
Département GéoSciences et Environnement ( GSE-ENSMSE )
Institut Mines-Télécom [Paris]-Institut Mines-Télécom [Paris]-SPIN
Environnement Ville Société ( EVS )
École normale supérieure - Lyon ( ENS Lyon ) -Université Lumière - Lyon 2 ( UL2 ) -Université Jean Moulin - Lyon III-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon )
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Jean Monnet [Saint-Étienne] ( UJM ) -École Nationale des Travaux Publics de l'État ( ENTPE ) -Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne-École nationale supérieure d'architecture de Lyon ( ENSAL ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Microbiologie, adaptation et pathogénie ( MAP )
Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL )
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon )
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Laboratoire de chimie bactérienne ( LCB )
Aix Marseille Université ( AMU ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Environnement, Bioénergie, Microalgues et Plantes (EBMP)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon
Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Source :
Environmental Science and Pollution Research, Environmental Science and Pollution Research, Springer Verlag, 2017, 24 (1), pp.52--65. ⟨10.1007/s11356-016-6952-2⟩, Environmental Science and Pollution Research, Springer Verlag, 2017, 24 (1), pp.52--65. 〈10.1007/s11356-016-6952-2〉, Environmental Science and Pollution Research, 2017, 24 (1), pp.52--65. ⟨10.1007/s11356-016-6952-2⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

International audience; Whole-cell biosensors based on reporter genes allow detection of toxic metals in water with high selectivity and sensitivity under laboratory conditions; nevertheless, their transfer to a commercial inline water analyzer requires specific adaptation and optimization to field conditions as well as economical considerations. We focused here on both the influence of the bacterial host and the choice of the reporter gene by following the responses of global toxicity biosensors based on constitutive bacterial promoters as well as arsenite biosensors based on the arsenite-inducible P-ars promoter. We observed important variations of the bioluminescence emission levels in five different Escherichia coli strains harboring two different lux-based biosensors, suggesting that the best host strain has to be empirically selected for each new biosensor under construction. We also investigated the bioluminescence reporter gene system transferred into Deinococcus deserti, an environmental, desiccation- and radiation-tolerant bacterium that would reduce the manufacturing costs of bacterial biosensors for commercial water analyzers and open the field of biodetection in radioactive environments. We thus successfully obtained a cell survival biosensor and a metal biosensor able to detect a concentration as low as 100 nM of arsenite in D. deserti. We demonstrated that the arsenite biosensor resisted desiccation and remained functional after 7 days stored in air-dried D. deserti cells. We also report here the use of a new near-infrared (NIR) fluorescent reporter candidate, a bacteriophytochrome from the magnetotactic bacterium Magnetospirillum magneticum AMB-1, which showed a NIR fluorescent signal that remained optimal despite increasing sample turbidity, while in similar conditions, a drastic loss of the lux-based biosensors signal was observed.

Details

Language :
English
ISSN :
09441344 and 16147499
Database :
OpenAIRE
Journal :
Environmental Science and Pollution Research, Environmental Science and Pollution Research, Springer Verlag, 2017, 24 (1), pp.52--65. ⟨10.1007/s11356-016-6952-2⟩, Environmental Science and Pollution Research, Springer Verlag, 2017, 24 (1), pp.52--65. 〈10.1007/s11356-016-6952-2〉, Environmental Science and Pollution Research, 2017, 24 (1), pp.52--65. ⟨10.1007/s11356-016-6952-2⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....fe791429a1e5c9f68028046a07f18e4c