Quorum sensing is a population density-dependent gene expression regulation mechanism in bacteria. The substrate specificity of RhlI, an enzyme in the RhlI-RhlR quorum sensing system of Pseudomonas aeruginosa, was explored by directed evolution to gain insight into the molecular mechanisms of quorum sensing. RhlI catalyzes S-adenosyl methionine and butanoyl or hexanoyl acyl carrier protein to form N-butanoyl homoserine lactone (BHL) and or N-hexanoyl homoserine lactone (HHL), respectively, none of which contain 3-oxo groups. We developed high-throughput genetic screening and selection methods to identify RhlI mutants via four rounds of directed evolution and identified RhlI-4M1 as the mutant that generated new catalytic activity and synthesized 3-oxo-hexanoyl homoserine lactone (OHHL) containing the 3-oxo group in Escherichia coli. Additionally, the synthesizing activities of BHL and HHL were improved by 3.98- and 3.01-fold, respectively. RhlI-4M1 contains five amino acid substitutions (A15D, K31R, T92S, Y129N, and L184Q) and one stop codon (Q193*) mutations. The deletion of nine amino acids in the C-terminus was crucial for OHHL production by RhlI mutants. This work demonstrates that the genetic screen/selection should be useful in the development of applications involving the manipulation of bacterial quorum sensing. The new catalytic activity of these RhlI mutants will prove beneficial in elucidating the mechanistic understanding of bacterial quorum sensing and similarly, may prove beneficial in the development of new drugs including antimicrobial compounds.

中文翻译：

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RhlI 的定向进化以产生新的和增加的群体感应信号分子催化活性

群体感应是细菌中一种种群密度依赖性基因表达调控机制。RhlI 是铜绿假单胞菌 RhlI-RhlR 群体感应系统中的一种酶，通过定向进化探索了其底物特异性，以深入了解群体感应的分子机制。RhlI 催化 S-腺苷甲硫氨酸和丁酰基或己酰基酰基载体蛋白分别形成 N-丁酰基高丝氨酸内酯 (BHL) 和/或 N-己酰基高丝氨酸内酯 (HHL)，它们均不含 3-氧代基团。我们开发了高通量遗传筛选和选择方法，通过四轮定向进化来鉴定 RhlI 突变体，并将 RhlI-4M1 鉴定为产生新催化活性并合成含有 3-oxo 的 3-oxo-己酰基高丝氨酸内酯 (OHHL) 的突变体。大肠杆菌群。此外，BHL和HHL的合成活性分别提高了3.98倍和3.01倍。RhlI-4M1 包含五个氨基酸替换（A15D、K31R、T92S、Y129N 和 L184Q）和一个终止密码子 (Q193*) 突变。C 端 9 个氨基酸的缺失对于 RhlI 突变体产生 OHHL 至关重要。这项工作表明，遗传筛选/选择应该有助于开发涉及细菌群体感应操作的应用程序。这些 RhlI 突变体的新催化活性将证明有利于阐明对细菌群体感应的机制理解，同样，可能证明有利于包括抗微生物化合物在内的新药物的开发。RhlI-4M1 包含五个氨基酸替换（A15D、K31R、T92S、Y129N 和 L184Q）和一个终止密码子 (Q193*) 突变。C 端 9 个氨基酸的缺失对于 RhlI 突变体产生 OHHL 至关重要。这项工作表明，遗传筛选/选择应该有助于开发涉及细菌群体感应操作的应用程序。这些 RhlI 突变体的新催化活性将证明有利于阐明对细菌群体感应的机制理解，同样，可能证明有利于包括抗微生物化合物在内的新药物的开发。RhlI-4M1 包含五个氨基酸替换（A15D、K31R、T92S、Y129N 和 L184Q）和一个终止密码子 (Q193*) 突变。C 端 9 个氨基酸的缺失对于 RhlI 突变体产生 OHHL 至关重要。这项工作表明，遗传筛选/选择应该有助于开发涉及细菌群体感应操作的应用程序。这些 RhlI 突变体的新催化活性将证明有利于阐明对细菌群体感应的机制理解，同样，可能证明有利于包括抗微生物化合物在内的新药物的开发。这项工作表明，遗传筛选/选择应该有助于开发涉及细菌群体感应操作的应用程序。这些 RhlI 突变体的新催化活性将证明有利于阐明对细菌群体感应的机制理解，同样，可能证明有利于包括抗微生物化合物在内的新药物的开发。这项工作表明，遗传筛选/选择应该有助于开发涉及细菌群体感应操作的应用程序。这些 RhlI 突变体的新催化活性将证明有利于阐明对细菌群体感应的机制理解，同样，可能证明有利于包括抗微生物化合物在内的新药物的开发。