韓國科學家開發(fā)出一種新型雙模CRISPRa/i基因編輯系統(tǒng)，能同時“開啟”和“關(guān)閉”不同基因，突破了現(xiàn)有CRISPR技術(shù)多局限于“關(guān)閉”基因的瓶頸。這一進展為研究合成生物學及其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了全新工具，相關(guān)研究成果發(fā)表于新一期《核酸研究》雜志。

該研究由韓國科學技術(shù)院生物工程研究生院與韓國化學技術(shù)研究所合作完成。團隊利用新系統(tǒng)，在大腸桿菌中實現(xiàn)了基因的同步激活與抑制。基因被激活時，蛋白質(zhì)或其他物質(zhì)的合成得到促進；反之則合成受限。大腸桿菌具有結(jié)構(gòu)簡單、繁殖迅速的特點，是合成生物學中常用的“微生物工廠”。

合成生物學的核心在于設(shè)計遺傳通路，使生物體執(zhí)行特定功能。如同電路開關(guān)，代謝途徑的優(yōu)化需要精準控制基因的“開”與“關(guān)”。團隊開發(fā)的雙?；蚣舻叮菍崿F(xiàn)這一目標的關(guān)鍵工具。

傳統(tǒng)CRISPR技術(shù)在基因抑制方面表現(xiàn)優(yōu)異，但激活基因的能力有限。此外，其作用依賴于特定的DNA識別序列——原間隔區(qū)鄰近基序（PAM），而PAM識別范圍較窄，限制了可調(diào)控基因的數(shù)量。盡管CRISPR激活技術(shù)（即通過CRISPR系統(tǒng)強制激活而非編輯基因）已在動植物等真核細胞中取得進展，但由于細菌轉(zhuǎn)錄機制不同，在細菌中的應(yīng)用效果一直不理想。

為突破這一局限，研究團隊拓展了靶基因范圍，并利用大腸桿菌自身蛋白顯著提升了基因激活效率。最終，原本“偏重抑制”的基因剪刀升級為可同步調(diào)控“開/關(guān)”的雙模系統(tǒng)。

在后續(xù)實驗中，新系統(tǒng)展現(xiàn)出卓越性能?；蚣せ顚嶒炛?，目標蛋白質(zhì)表達量提升至4.9倍；抑制實驗中，蛋白質(zhì)產(chǎn)量下降83%。更令人矚目的是，系統(tǒng)成功實現(xiàn)對兩個基因的同步調(diào)控：一個基因活性提升8.6倍，另一個則被抑制90%。

團隊表示，新型雙模CRISPR系統(tǒng)為代謝途徑優(yōu)化、基因網(wǎng)絡(luò)研究及細菌功能基因組學的發(fā)展提供了強大工具，有望促進高價值化合物、生物燃料及藥品的高效生產(chǎn)。

來源：科技日報