CRISPR/Cas9系統(tǒng)為研究者提供了精準(zhǔn)編輯DNA的技術(shù)手段，如今，研究人員又利用它開發(fā)出了靶向釀酒酵母（S. cerevisiae）單基因的技術(shù)，研究人員通過刪除DNA序列中1個堿基即可關(guān)閉基因。這種基因組級別的生物工程與傳統(tǒng)的靶向單個基因或有限數(shù)量基因的策略相比，未來將更方便研究者獨立研究單個基因或與其他基因結(jié)合時的功能。理解和優(yōu)化S. cerevisiae基因組，提高酵母菌株生產(chǎn)力對乙醇、工業(yè)化學(xué)品、潤滑劑和藥品等工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

伊利諾伊大學(xué)化學(xué)與生物分子工程教授趙惠民（Huimin Zhao）研究團隊發(fā)文《Nature Biotechnology》，“我們希望把微生物改造成創(chuàng)造有價值化工品和生物燃料的細(xì)胞工程，”他說。“CRISPR已經(jīng)被用來引入定點突變解決遺傳疾病。酵母有大約6000個基因，我們希望能反復(fù)敲除每個基因，并找出它們對目標(biāo)化合物生產(chǎn)有何影響。”

過去，研究者們制造“基因敲除”酵母來研究每個基因?qū)?xì)胞功能的貢獻。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有益突變時，就選擇性地培育攜帶這種特性的酵母。但是，如果采用完全敲除靶基因的方式生產(chǎn)工程酵母的話，會造成意想不到的問題。“因為許多基因相互重疊，刪除一個基因可能也相當(dāng)于刪除了其他基因部分，這使研究人員很難真正孤立地研究單個基因，”趙教授說。

DNA序列中每個字母（ATCG）對應(yīng)一個堿基，這是DNA鏈的基本組成元素。趙教授課題組利用CRISPR-Cas9系統(tǒng)創(chuàng)建了一種精確刪除一個基因內(nèi)部一個堿基的技術(shù)。原理是，根據(jù)細(xì)胞一次讀取三個DNA堿基的屬性，錯位讀碼框相當(dāng)于敲除基因，而與被編輯的基因重疊的其他基因依然可以保持不變，繼續(xù)行使功能。

“我們可以在整條染色體上只引入一個堿基變化，盡可能地減少對鄰近基因功能的影響，這是一個前所未有的精確度，”趙教授說。

他們將這項技術(shù)命名為CRISPR/Cas9和同源定向修復(fù)輔助基因組級別工程（CRISPR/Cas9 and homology-directed-repair assisted genome-scale engineering，CHAnGE），除了精度，該技術(shù)還具有快速、高效和低成本等優(yōu)點。趙教授研究小組創(chuàng)建了一個基因敲除酵母文庫，內(nèi)含S. cerevisiae基因組內(nèi)所有單基因的敲除版本，其他研究人員只需50美元手續(xù)費即可購買。

“過去，人們?yōu)榱颂蕹湍钢心硞€基因，不惜花費幾年時間，”趙教授說?！艾F(xiàn)在，使用CHAnGE，只需一個人用大約1個月的時間就能生產(chǎn)覆蓋整個酵母基因組的突變體文庫?！?/p>

他的研究小組還在為其他酵母開發(fā)突變文庫，將來可用于潤滑劑、生物燃料和其他工業(yè)脂質(zhì)生產(chǎn)。

原文減速：Genome-scale engineering of Saccharomyces cerevisiae with single nucleotide precision

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