深圳先进院戴磊团队开发人体肠道菌的基因组编辑新工具

2022-01-25 15:55

该团队在拟杆菌属中测试了不同的 CRISPR/Cas 系统。主要评估了启动子，Cas 蛋白（SpCas9，SpRY，和FnCas12a），gRNA 等元件，以及不同质粒的系统对于拟杆菌属基因编辑的影响。

撰文 | 郑灵刚

编辑 | 王多鱼

排版 | 水成文

2022年1月6日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所、深圳合成生物学创新研究院戴磊课题组（郑灵刚和谭扬为共同第一作者）在 ACS Synthetic Biology 上发表了针对人体肠道厌氧菌拟杆菌属基因编辑的最新研究成果，论文题为： CRISPR/Cas-based genome editing for human gut commensal Bacteroides species 。

研究团队构建了针对肠道拟杆菌属细菌的 CRISPR/Cas-based 基因编辑方法。该方法突破了传统方法在编辑效率、基因簇删除和多基因编辑方面的瓶颈，为进一步理解肠道微生物组以及拟杆菌活菌药物的开发奠定了技术基础，具有编辑效率高、可进行流程化操作和无筛选标记基因编辑的特点。

肠道拟杆菌属是肠道中丰度最高的细菌之一（如图1所示），被视为研究肠道微生物组的“窗口”。

图1 肠道组织样本中含荧光蛋白的不同拟杆菌成像（Whitaker et al, Cell 2017）

拟杆菌属与多种疾病相关，比如肥胖，炎症性肠病和结直肠癌等，其中多形拟杆菌和脆弱拟杆菌最为受到关注。基因组编辑工具对于研究肠道共生微生物的功能至关重要。因此，该团队设计了针对人体肠道拟杆菌的多功能、高效的 CRISPR/Cas 编辑工具（如图2所示）。

图2：拟杆菌的CRISPR/Cas编辑工具

该团队在拟杆菌属中测试了不同的 CRISPR/Cas 系统。主要评估了启动子，Cas 蛋白（SpCas9，SpRY，和FnCas12a），gRNA 等元件，以及不同质粒的系统对于拟杆菌属基因编辑的影响。并发现在多形拟杆菌中采用正常组成型启动子表达 Cas 蛋白，CRISPR/Cas 系统无法实现编辑，但是使用诱导型启动子表达 Cas 蛋白，均可以实现基因编辑；其中 FnCas12a 效果最好。

基于此，团队测试该系统在多形拟杆菌中可以实现 5kb、10kb、48kb 基因簇片段的删除和外源基因 GFP 的高效插入。此外，也可通过在无筛选标记的培养基中传代，进行含有筛选标记的质粒的丢失，实现获得“无筛选标记（markerless） ”的突变株（如图3所示）。