雙模CRISPR系統(tǒng)能同時開關(guān)不同基因
科技日報北京9月24日電 （記者劉霞）韓國科學(xué)家開發(fā)出一種新型雙模CRISPRa/i基因編輯系統(tǒng)，能同時“開啟”和“關(guān)閉”不同基因，突破了現(xiàn)有CRISPR技術(shù)多局限于“關(guān)閉”基因的瓶頸。這一進(jìn)展為研究合成生物學(xué)及其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了全新工具，相關(guān)研究成果發(fā)表于新一期《核酸研究》雜志。
該研究由韓國科學(xué)技術(shù)院生物工程研究生院與韓國化學(xué)技術(shù)研究所合作完成。團(tuán)隊利用新系統(tǒng)，在大腸桿菌中實(shí)現(xiàn)了基因的同步激活與抑制?；虮患せ顣r，蛋白質(zhì)或其他物質(zhì)的合成得到促進(jìn)；反之則合成受限。大腸桿菌具有結(jié)構(gòu)簡單、繁殖迅速的特點(diǎn)，是合成生物學(xué)中常用的“微生物工廠”。
合成生物學(xué)的核心在于設(shè)計遺傳通路，使生物體執(zhí)行特定功能。如同電路開關(guān)，代謝途徑的優(yōu)化需要精準(zhǔn)控制基因的“開”與“關(guān)”。團(tuán)隊開發(fā)的雙?；蚣舻?，正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵工具。
傳統(tǒng)CRISPR技術(shù)在基因抑制方面表現(xiàn)優(yōu)異，但激活基因的能力有限。此外，其作用依賴于特定的DNA識別序列——原間隔區(qū)鄰近基序（PAM），而PAM識別范圍較窄，限制了可調(diào)控基因的數(shù)量。盡管CRISPR激活技術(shù)（即通過CRISPR系統(tǒng)強(qiáng)制激活而非編輯基因）已在動植物等真核細(xì)胞中取得進(jìn)展，但由于細(xì)菌轉(zhuǎn)錄機(jī)制不同，在細(xì)菌中的應(yīng)用效果一直不理想。
為突破這一局限，研究團(tuán)隊拓展了靶基因范圍，并利用大腸桿菌自身蛋白顯著提升了基因激活效率。最終，原本“偏重抑制”的基因剪刀升級為可同步調(diào)控“開/關(guān)”的雙模系統(tǒng)。
在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，新系統(tǒng)展現(xiàn)出卓越性能?；蚣せ顚?shí)驗(yàn)中，目標(biāo)蛋白質(zhì)表達(dá)量提升至4.9倍；抑制實(shí)驗(yàn)中，蛋白質(zhì)產(chǎn)量下降83%。更令人矚目的是，系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)對兩個基因的同步調(diào)控：一個基因活性提升8.6倍，另一個則被抑制90%。
團(tuán)隊表示，新型雙模CRISPR系統(tǒng)為代謝途徑優(yōu)化、基因網(wǎng)絡(luò)研究及細(xì)菌功能基因組學(xué)的發(fā)展提供了強(qiáng)大工具，有望促進(jìn)高價值化合物、生物燃料及藥品的高效生產(chǎn)。
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