2021-12-18

Nat Mic | CRISPR先驱Doudna和Banfield推出微生物群编辑

原创 图灵基因 图灵基因 2021-12-18 20:23

收录于话题#前沿分子生物学技术

迄今为止，CRISPR系统已经被开发出来，可以一次编辑一种细胞的基因。现在，一种新技术已经得到表征，可以同时在许多不同物种的群落中添加或修改基因，为“群落编辑”的想法打开了大门。该系统可用于编辑和跟踪（使用条形码）自然群落中编辑过的微生物，例如在肠道或植物根部，成百上千种不同的微生物聚集在一起。

这项工作发表在《Nature Microbiology》杂志上的一篇题为“Species-and site-specific genome editing in complex bacterial communities”的论文中。

“破坏和改变分离微生物中的DNA对于了解DNA的作用至关重要。这项工作有助于将这种基本方法引入微生物群落，这些方法更能代表这些微生物在自然界中的生活和运作方式。”加州大学伯克利分校Doudna实验室的博士后研究员Benjamin Rubin博士说。

作者写道，绝大多数细菌和古细菌仍然未经培养，“排除了将传统遗传方法应用于这些生物及其相互作用的可能性。”在这项工作中，他们描述并验证了一种在微生物群落中编辑特定生物体基因组的策略。

该团队首先开发了一种方法来确定群落中的哪些微生物容易受到基因编辑的影响。这种被称为ET-seq（环境转化测序）的筛选技术使用转座子作为探针，可以轻松地随机插入许多微生物基因组中。

通过对导入转座子前后的群体DNA进行测序，他们能够确定哪些微生物种类能够掺入转座子基因。在一项涉及九种不同微生物群落的实验中，他们使用不同的转化方法成功地将相同的转座子插入到其中的五种微生物中。

然后，他们开发了一种称为DNA编辑一体式RNA引导的CRISPR-Cas转座酶（DART）的靶向传递系统，该系统使用类似于CRISPR-Cas9的CRISPR-Cas酶来定位特定的DNA序列并插入条形码转座子。为了用更真实的微生物群落测试DART技术，研究人员从一名婴儿身上采集粪便样本，并对其进行培养，以创建一个主要由14种不同类型的微生物组成的稳定群落。他们能够编辑该群落内的单个大肠杆菌菌株，靶向与疾病相关的基因。

研究人员希望利用这项技术在封闭的盒子里了解人工的简单群落，例如植物及其相关微生物组。然后，他们可以在这个封闭系统内操纵群落基因，并追踪对其条形码微生物的影响。

虽然一次“shotgun”编辑多种类型的细胞或微生物的能力在当前工业规模的系统中可能很有用，例如用于批量培养细胞的生物反应器，但更直接的应用可能是作为一种了解细菌、古细菌和真菌复杂群落结构以及这些不同种群内基因流动的工具。

Doudna实验室的博士后研究员Brady Cress博士说：“最终，我们可能能够消除导致肠道细菌疾病的基因，或者通过改造其微生物伙伴使植物更有效。但在我们这样做之前，这种方法可能会让我们更好地了解微生物在群落中的作用。”