對復雜的細胞代謝進行重編程需要對多個基因同時進行表達調控。目前常用的基因表達調控方法是在離位（ex-situ）構建啟動子或核糖體結合位點（RBS）的質粒文庫，轉化進入細胞進行篩選，然而該方法受限于克隆效率和轉化效率，難以實現多基因同時的表達調控。MAGE技術可在染色體原位（in-situ）產生遺傳多樣性，從而同時調節(jié)多個基因的表達。但是，該技術仍依賴于單鏈DNA文庫的高效轉化和與染色體的高效重組，可應用的宿主較為有限。

中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所研究員王猛帶領的高通量編輯與篩選平臺實驗室，與研究員鄭平帶領的系統與合成生物技術研究團隊合作，利用CRISPR引導的堿基編輯技術開發(fā)出不需要外源DNA模板、不依賴重組即可在染色體原位產生遺傳多樣性的多基因表達調控技術，并命名為BETTER（Base Editor-Targeted and Template-free Expression Regulation）。BETTER的工作原理是在需要調控的目的基因前插入特定的啟動子、RBS、5’UTR等表達調控元件，然后使用CRISPR引導的堿基編輯器對表達調控元件進行編輯，產生遺傳多樣性，原位構建表達調控元件文庫，從而調節(jié)目的基因的表達水平。該過程不需要合成和轉化DNA文庫，不依賴于外源DNA與染色體的同源重組，且不產生雙鏈DNA斷裂，因此具有高效、簡便、宿主普適性強等優(yōu)點。該技術在重要的工業(yè)與模式菌株谷氨酸棒桿菌和枯草芽孢桿菌中均已應用，最多實現了十個基因的同時表達調控，并篩選獲得高效利用木糖、甘油和高效合成番茄紅素的菌株。BETTER技術為復雜代謝途徑中多基因的表達調控提供了新思路。堿基編輯技術在PAM識別、底物譜、產物譜、編輯窗口等性能的不斷優(yōu)化，以及在越來越多宿主中的應用，為BETTER技術的優(yōu)化升級和推廣應用奠定了基礎。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、天津市合成生物技術創(chuàng)新能力提升行動、天津市“項目+團隊”重點培養(yǎng)專項等的支持。相關研究成果發(fā)表在Nature Communications上。天津工生所副研究員王鈺、助理研究員程海嬌和劉揚為論文共同第一作者，王鈺、鄭平和王猛為論文共同通訊作者。

論文鏈接

BETTER技術示意圖

來源：中科院