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微生物所开发限制性修饰系统介导的基因编辑新技术

微生物所开发限制性修饰系统介导的基因编辑新技术

  高效无痕的基因组编辑是基础生物学与生物技术研究的核心技术,在生命科学和生物医药等领域发挥重要作用。目前,无痕基因组编辑技术主要为反筛系统介导的方法和利用规律成簇的间隔短回文重复序列建立的CRISPR技术。反筛方法可实现任意位点的基因组编辑,但已有的方法仍存在反筛效率低和应用范围有限等问题,不能广泛应用于不同遗传背景的微生物。

  限制性修饰(Restriction 幸运飞艇modification, R-M)系统由DNA甲基转移酶(DNA methyltransferases, MTase)和限制性内切酶(Restriction endonucleases, REase)构成,存在于细菌与古菌中的防御系统。REase可特异性识别进入细菌内部的外源DNA并对其切割、降解,MTase可通过甲基化修饰细菌自身的DNA而使其与外源DNA区别开来,不被REase降解。因此,RM系统通过特异识别并切割DNA的方式对细胞的生长与死亡进行有效调节,在多种微生物的基因组编辑中具有应用潜能。

  中国科学院微生物研究所病原微生物与免疫学重点实验室温廷益研究组利用限制性修饰系统,建立了一套简单、高效且应用范围广的基因组编辑新技术(R-M system-mediated genome editing,RMGE),并经过优化使其适用于大肠杆菌、枯草芽胞杆菌和酿酒酵母的基因组幸运飞艇 编辑。根据目的菌株的R-M系统和基因组甲基化模式筛选出能够有效地调节细胞生长与死亡的REase或MTase,并建立R-M系统介导的基因组编辑技术。利用该技术在大肠杆菌中实现了功能基因的缺失、替换和精确点突变,反筛效率为100%,明显高于传统的SacB系统。此外,利用该系统实现了枯草芽胞杆菌和酿酒酵母染色体基因的敲除或替换,反筛效率均达到100%,实现了RMGE技术在细菌和酵母中的应用。

  RMGE技术首次利用R-M系统实现了大肠杆菌、枯草芽胞杆菌和酿酒酵母等多种微生物的基因组编辑,在不同种属微生物中的适用性表明,该技术可广泛应用于其它微生物的遗传操作。同时,该技术具有不引入任何标记、应用范围途广、遗传稳定等优点,可作为有效的遗传操作工具用于系统生物学及合成生物学研究,为实现微生物在医药、农业、工业等多个领域中的应用提供技术平台。

  研究成果近日在线发表在ACS Synthetic Biology上,研究工作得到国家高技术研究发展计划(863计划)、幸运飞艇国家自然科学基金、中科院科技服务网络计划(STS计划)和中科院重点部署项目的资助。

  论文链接 

限制性修饰系统介导的基因组编辑技术的原理