科研人員在放線(xiàn)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)生物反應器工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室的副研究員譚高翼與合作者在放線(xiàn)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(xiàn)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(chóng)劑等多種藥物的發(fā)酵和規?；I(yè)制造。然而，放線(xiàn)菌基因組DNA的GC(G鳥(niǎo)嘌呤;C胞嘧啶)含量大多超過(guò)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，一直是限制放線(xiàn)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的精準靶向切割和細菌人工染色體建庫技術(shù)的優(yōu)勢，開(kāi)發(fā)了一種從放線(xiàn)菌基因組中快捷、高效克隆或編輯大片段DNA的方法，簡(jiǎn)稱(chēng)“貓捕”(CAT-FISHING)技術(shù)。

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

該研究通過(guò)體外直接克隆，將放線(xiàn)菌基因簇的克隆上限突破至145kb，實(shí)驗成本相較常規建庫的方法降低125倍，可用于批量克隆基因簇。研究團隊對克隆得到的基因簇進(jìn)行激活表達，獲得一種結構新穎的大環(huán)內酰胺類(lèi)化合物，并將其命名為馬里諾霉素A。隨后的活性測試發(fā)現該化合物對結腸癌細胞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)域具有廣泛應用前景?！渡锛夹g(shù)近期述評》也認為，“貓捕”是迄今最快捷的大型基因簇克隆技術(shù)。

據悉，譚高翼及合作者已經(jīng)圍繞CRISPR-Cas12a開(kāi)發(fā)了多項技術(shù)，“貓捕”作為系列技術(shù)之一，已經(jīng)申請國內外專(zhuān)利。

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

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