Synthetic biology for microbiome-based genetic domestication of the skin and the sea

Abstract

Microorganisms exhibit remarkable adaptability and represent a vast genetic resource. Synthetic biology aims to leverage this diversity for sustainability and medicine. However, many microbes remain unexplored due to limited genetic tools. This research developed genetic engineering tools for Dinoroseobacter shibae and Cutibacterium acnes, abundant in the ocean and on the skin, respectively. For C. acnes, we investigated phage defenses and developed a genetic toolkit including expression tools, CRISPRi, biosensors, recombinases, and auxotrophic genes, facilitating its use in skin engineering. We created auxotrophic strains and an antioxidant strain reducing oxidative stress in UV-treated keratinocytes. For D. shibae, we engineered fimbrils to enhance biofilm adhesion and designed biosensors for temperature and oxygen, demonstrating its potential for marine applications. Additionally, we found that using preprints and inquiry-based lessons in teaching synthetic biology improved students' technical and soft skills, proving effective for interdisciplinary education

Los microorganismos poseen una gran adaptabilidad y representan un amplio recurso genético. La biología sintética busca aprovechar esta diversidad para la sostenibilidad y la medicina. Sin embargo, muchos microbios siguen sin explorarse debido la falta de herramientas genéticas. En este estudio, desarrollamos herramientas de ingeniería genética para Dinoroseobacter shibae y Cutibacterium acnes, abundantes en el océano y en la piel, respectivamente. Para C. acnes, investigamos las defensas contra fagos y desarrollamos un kit de herramientas genéticas que incluye herramientas de expresión, CRISPRi, biosensores, recombinasas y genes auxótrofos, facilitando su uso en la ingeniería del microbioma de la piel. Creamos cepas auxótrofas y una cepa antioxidante que reduce el estrés oxidativo en queratinocitos tratados con luz UV. Para D. shibae, diseñamos fimbrias para mejorar la adhesión de los biofilms y biosensores para temperatura y oxígeno, demostrando su potencial para aplicaciones marinas. Además, encontramos que el uso de preprints y lecciones basadas en la investigación mejoraron las habilidades técnicas y blandas de los estudiantes, demostrando ser efectivo para la educación interdisciplinar