全新CRISPR基因编辑技术！同时实现基因激活、干扰及删除！

转化医学网 · 公众号 · 医学 · 2017-12-02 19:19

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神秘莫测的基因

导读

近日，美国伊利诺斯大学Carl R. Woese基因组生物学研究所（IGB）科学家开发了一种全新的CRISPR基因编辑技术，该技术可以同时实现基因的激活，干扰以及删除。研究人员将该技术命名为CRISPR-AID(Activation. Interference. Deletion)。

该研究对应文章名为“Combinatorial Metabolic Engineering Using an Orthogonal Tri-Functional CRISPR System.”，发表于最新上线的Nature Communications杂志。文章对这种正交CRISPR系统进行了具体的介绍，同时，该文章也对CRISPR-AID系统在酵母中的具体作用进行了阐明。由于能够同时完成多个基因的激活，干扰以及删除，CRISPR-AID技术能够在极大程度上加速相关项目的研究进展。

CRISPR-AID

文章的作者表示，“CRISPR-AID能够以模块化，并行和高通量的方式扰乱细胞的代谢途径和调控网络。 CRISPR-AID不仅能够将酿酒酵母的β-胡萝卜素产量提高了三倍，而且还能够通过优化多种代谢工程指标提高酿酒酵母的内切葡聚糖酶表达水平。

文章的第一作者，IGB访问研究员Jiazhang Lian博士表示“基于代谢工程，我们可以对工程细胞的目的表型进行轻易地调控，然而对这些有益遗传修饰的结合却是代谢工程所面临最大的挑战。”

传统上，研究人员需要在一系列十分耗时的实验步骤中逐一测试各个代谢调控的具体效果。这些繁琐的干预和检验步骤会严重限制了发酵生产力和终产品产量，而生产力和最终产品产量也正是代谢工程中的两个关键组成部分。

研究人员决定建立种能够结合这些繁琐步骤的新方法，通过同时完成这些步骤选择最优的代谢干预组合。

文章的通讯作者Huimin Zhao博士和IGB化学与生物分子工程主席Steven L. Miller表示，“我们现在可以同时对酵母的20种不同代谢通路进行研究，通过不同组合的方式对每种不同方法进行评估，以找出哪种组合实际上能够使我们获得更高的生产力或终产品产量。”

挑战

CRISPR-AID系统在开辟数千甚至数百万代谢工程可能性的同时也为研究人员带来了另一个不能忽视的挑战，即对多种表型工程细胞的筛选。

为了解决这一问题，研究人员计划通过高通量筛选技术或机器人系统（iBioFAB）来寻找不同代谢调控的最佳组合。

Lian说：“我相信CRISPR-AID与高通量筛选和iBioFAB的结合将在不久的将来大大推进代谢工程领域的进步。

与此同时，研究人员也计划在其他生物上测试他们的方法，使用相同的工程原理调控不同生物的代谢途径。最终，他们还希望将这一技术的应用延伸到基因组层面，引领代谢工程产生重大的飞跃。

“如果我们能做到这一点，我们可以真正地实现代谢工程的模块化，规范化和程序化，在更大的程度上提高代谢工程的生产力或终产品产量。”

参考资料：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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