배경: 유전자 발현을 조절하는 것은 대사 플럭스를 최적화하기 위한 핵심 전략이다. 전사, 번역, 번역 후 수준의 조절뿐 아니라, 동적 플라스미드 복제수(PCN) 제어도 연구되어 왔다. 현재까지 개발된 동적 PCN 제어 시스템은 기점(ori) 복제 기전의 이해에 기반한 것으로, 이를 특정 복제 기점에 제한되게 하며 플라스미드 유지를 위해 항생제를 사용해야 한다는 제한이 있다. 본 연구에서는 항생제 없이 유지되는 Escherichia coli용 동적 PCN 제어 시스템을 개발하였다. 이는 플라스미드에 의해 암호화되는 필수 유전자 IF-1(infA)의 전사 수준을 조절하고, 이를 플라스미드를 보유한 숙주 세포에서 삭제함으로써 달성된다. 결과: 리포터 단백질로 GFP를 사용하여 검증한 결과, 본 시스템은 CloDF13 기점 내에서 PCN의 동적 범위를 22배로 나타냈다. 이 시스템을 이용하여 TCA 사이클의 중간체를 이타콘산으로 전환하는 cad 유전자를 담지하는 플라스미드의 최적 복제수를 규명하였다. PCN을 최적화함으로써 3 g/L의 이타콘산 생산성을 달성할 수 있었으며, 이는 대조 균주보다 5.3배 높은 수준이다. 결론: 본 시스템은 숙주 생장의 데 중요한 대사 경로들과 경쟁적 관계를 갖는 유전자들의 최적 발현 수준을 규명하기 위한 전략을 제공한다. 이 접근법은 감지 모듈 또는 필수 유전자를 치환함으로써 다른 세균 숙주에도 잠재적으로 적용될 수 있다.

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