科研人員在放線菌大型基因簇激活研究中取得新進(jìn)展

近日，華東理工大學(xué)生物反應(yīng)器工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的副研究員譚高翼與合作者在放線菌大型基因簇捕捉和沉默基因簇激活，發(fā)掘新穎活性天然產(chǎn)物研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)研究近日發(fā)表于《核酸研究》。

放線菌是合成天然產(chǎn)物藥物的主力，被廣泛用于抗腫瘤藥物、免疫抑制劑和殺蟲劑等多種藥物的發(fā)酵和規(guī)模化工業(yè)制造。然而，放線菌基因組DNA的GC(G鳥嘌呤;C胞嘧啶)含量大多超過70%，其中的大型沉默天然產(chǎn)物編碼基因簇的編輯或克隆和激活表達(dá)，一直是限制放線菌活性天然產(chǎn)物發(fā)掘與合成的技術(shù)難點(diǎn)。

聚焦這一難題，譚高翼等整合了“基因剪刀”CRISPR-Cas12a的精準(zhǔn)靶向切割和細(xì)菌人工染色體建庫技術(shù)的優(yōu)勢，開發(fā)了一種從放線菌基因組中快捷、高效克隆或編輯大片段DNA的方法，簡稱“貓捕”(CAT-FISHING)技術(shù)。

“CRISPR-Cas12a就像是貓，可以從放線菌中切割和捕捉難以獲取的‘魚’——編碼次級(jí)代謝產(chǎn)物的大型基因簇DNA。”譚高翼比如說，將其用于放線菌大型沉默基因簇的克隆和激活表達(dá)，最終實(shí)現(xiàn)了活性新穎天然產(chǎn)物的發(fā)掘。

該研究通過體外直接克隆，將放線菌基因簇的克隆上限突破至145kb，實(shí)驗(yàn)成本相較常規(guī)建庫的方法降低125倍，可用于批量克隆基因簇。研究團(tuán)隊(duì)對克隆得到的基因簇進(jìn)行激活表達(dá)，獲得一種結(jié)構(gòu)新穎的大環(huán)內(nèi)酰胺類化合物，并將其命名為馬里諾霉素A。隨后的活性測試發(fā)現(xiàn)該化合物對結(jié)腸癌細(xì)胞HCT116具有較好的殺滅活性。

這表明“貓捕”作為一種高效的大型基因簇克隆的平臺(tái)技術(shù)，其便捷性和成本低廉性在微生物藥物發(fā)掘領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。《生物技術(shù)近期述評》也認(rèn)為，“貓捕”是迄今最快捷的大型基因簇克隆技術(shù)。

據(jù)悉，譚高翼及合作者已經(jīng)圍繞CRISPR-Cas12a開發(fā)了多項(xiàng)技術(shù)，“貓捕”作為系列技術(shù)之一，已經(jīng)申請國內(nèi)外專利。

華東理工大學(xué)博士生梁敏東、曾曉倩和碩士生劉樂詩，以及浙江大學(xué)的徐飛研究員為本文共同第一作者。這項(xiàng)研究受到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。(作者：馮麗妃)

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關(guān)鍵詞： 國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 活性天然產(chǎn)物 放線菌大型基因簇捕捉 沉默基因簇激活