發(fā)布日期：2017-12-06
近日，美國(guó)伊利諾斯大學(xué)Carl R. Woese基因組生物學(xué)研究所（IGB）科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種全新的CRISPR基因編輯技術(shù)，該技術(shù)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)基因的激活，干擾以及刪除。研究人員將該技術(shù)命名為CRISPR-AID(Activation. Interference. Deletion)。
該研究對(duì)應(yīng)文章名為“Combinatorial metabolic Engineering Using an Orthogonal Tri-Functional CRISPR System.”，發(fā)表于最新上線的Nature Communications雜志。文章對(duì)這種正交CRISPR系統(tǒng)進(jìn)行了具體的介紹，同時(shí)，該文章也對(duì)CRISPR-AID系統(tǒng)在酵母中的具體作用進(jìn)行了闡明。由于能夠同時(shí)完成多個(gè)基因的激活，干擾以及刪除，CRISPR-AID技術(shù)能夠在極大程度上加速相關(guān)項(xiàng)目的研究進(jìn)展。
CRISPR-AID
文章的作者表示，“CRISPR-AID能夠以模塊化，并行和高通量的方式擾亂細(xì)胞的代謝途徑和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。 CRISPR-AID不僅能夠?qū)⑨劸平湍傅?beta;-胡蘿卜素產(chǎn)量提高了三倍，而且還能夠通過(guò)優(yōu)化多種代謝工程指標(biāo)提高釀酒酵母的內(nèi)切葡聚糖酶表達(dá)水平。
文章的第一作者，IGB訪問(wèn)研究員Jiazhang Lian博士表示“基于代謝工程，我們可以對(duì)工程細(xì)胞的目的表型進(jìn)行輕易地調(diào)控，然而對(duì)這些有益遺傳修飾的結(jié)合卻是代謝工程所面臨最大的挑戰(zhàn)。”
傳統(tǒng)上，研究人員需要在一系列十分耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)步驟中逐一測(cè)試各個(gè)代謝調(diào)控的具體效果。這些繁瑣的干預(yù)和檢驗(yàn)步驟會(huì)嚴(yán)重限制了發(fā)酵生產(chǎn)力和終產(chǎn)品產(chǎn)量，而生產(chǎn)力和最終產(chǎn)品產(chǎn)量也正是代謝工程中的兩個(gè)關(guān)鍵組成部分。
研究人員決定建立種能夠結(jié)合這些繁瑣步驟的新方法，通過(guò)同時(shí)完成這些步驟選擇最優(yōu)的代謝干預(yù)組合。
文章的通訊作者Huimin Zhao博士和IGB化學(xué)與生物分子工程主席Steven L. Miller表示，“我們現(xiàn)在可以同時(shí)對(duì)酵母的20種不同代謝通路進(jìn)行研究，通過(guò)不同組合的方式對(duì)每種不同方法進(jìn)行評(píng)估，以找出哪種組合實(shí)際上能夠使我們獲得更高的生產(chǎn)力或終產(chǎn)品產(chǎn)量。”
挑戰(zhàn)
CRISPR-AID系統(tǒng)在開(kāi)辟數(shù)千甚至數(shù)百萬(wàn)代謝工程可能性的同時(shí)也為研究人員帶來(lái)了另一個(gè)不能忽視的挑戰(zhàn)，即對(duì)多種表型工程細(xì)胞的篩選。
為了解決這一問(wèn)題，研究人員計(jì)劃通過(guò)高通量篩選技術(shù)或機(jī)器人系統(tǒng)（iBioFAB）來(lái)尋找不同代謝調(diào)控的最佳組合。
Lian說(shuō)：“我相信CRISPR-AID與高通量篩選和iBioFAB的結(jié)合將在不久的將來(lái)大大推進(jìn)代謝工程領(lǐng)域的進(jìn)步。
與此同時(shí)，研究人員也計(jì)劃在其他生物上測(cè)試他們的方法，使用相同的工程原理調(diào)控不同生物的代謝途徑。最終，他們還希望將這一技術(shù)的應(yīng)用延伸到基因組層面，引領(lǐng)代謝工程產(chǎn)生重大的飛躍。
“如果我們能做到這一點(diǎn)，我們可以真正地實(shí)現(xiàn)代謝工程的模塊化，規(guī)范化和程序化，在更大的程度上提高代謝工程的生產(chǎn)力或終產(chǎn)品產(chǎn)量。”
參考資料Nat Commun. 2017; 8: 1688.Published online 2017 Nov 22. doi: 10.1038/s41467-017-01695-x。PMCID: PMC5700065Combinatorial metabolic engineering using an orthogonal tri-functional CRISPR system
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