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限制性修飾系統介導的基因編輯新技術


博科園高效無痕的基因組編輯是基礎生物學與生物技術研究的核心技術,在生命科學和生物醫藥等領域發揮重要作用。目前,無痕基因組編輯技術主要為反篩系統介導的方法和利用規律成簇的間隔短回文重複序列建立的CRISPR技術。反篩方法可實現任意位點的基因組編輯,但已有的方法仍...

- 2017年11月13日08時51分
- 【博科園】

博科園

高效無痕的基因組編輯是基礎生物學與生物技術研究的核心技術,在生命科學和生物醫藥等領域發揮重要作用。目前,無痕基因組編輯技術主要為反篩系統介導的方法和利用規律成簇的間隔短回文重複序列建立的CRISPR技術。反篩方法可實現任意位點的基因組編輯,但已有的方法仍存在反篩效率低和應用範圍有限等問題,不能廣泛應用於不同遺傳背景的微生物。

限制性修飾(Restriction modification, R-M)系統由DNA甲基轉移酶(DNA methyltransferases, MTase)和限制性內切酶(Restriction endonucleases,

REase)構成,存在於細菌與古菌中的防禦系統。REase可特異性識別進入細菌內部的外源DNA並對其切割、降解,MTase可通過甲基化修飾細菌自身的DNA而使其與外源DNA區別開來,不被REase降解。因此,RM系統通過特異識別並切割DNA的方式對細胞的生長與死亡進行有效調節,在多種微生物的基因組編輯中具有應用潛能。

中國科學院微生物研究所病原微生物與免疫學重點實驗室溫廷益研究組利用限制性修飾系統,建立了一套簡單、高效且應用範圍廣的基因組編輯新技術(R-M system-mediated genome

editing,RMGE),並經過優化使其適用於大腸桿菌、枯草芽胞桿菌和釀酒酵母的基因組編輯。根據目的菌株的R-M系統和基因組甲基化模式篩選出能夠有效地調節細胞生長與死亡的REase或MTase,並建立R-M系統介導的基因組編輯技術。利用該技術在大腸桿菌中實現了功能基因的缺失、替換和精確點突變,反篩效率為100%,明顯高於傳統的SacB系統。此外,利用該系統實現了枯草芽胞桿菌和釀酒酵母染色體基因的敲除或替換,反篩效率均達到100%,實現了RMGE技術在細菌和酵母中的應用。

限制性修飾系統介導的基因組編輯技術的原理

RMGE技術首次利用R-M系統實現了大腸桿菌、枯草芽胞桿菌和釀酒酵母等多種微生物的基因組編輯,在不同種屬微生物中的適用性表明,該技術可廣泛應用於其它微生物的遺傳操作。同時,該技術具有不引入任何標記、應用範圍途廣、遺傳穩定等優點,可作為有效的遺傳操作工具用於系統生物學及合成生物學研究,為實現微生物在醫藥、農業、工業等多個領域中的應用提供技術平台。

研究成果近日在線發表在ACS Synthetic Biology上,研究工作得到國家高技術研究發展計劃(863計劃)、國家自然科學基金、中科院科技服務網絡計劃(STS計劃)和中科院重點部署項目的資助。

原文:A Novel Tool for Microbial Genome Editing Using the Restriction-Modification System

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