链霉菌启动子及其应用研究进展

链霉菌天然产物因其显著的生物活性一直是新药开发的重要来源,测序技术的发展揭示了链霉菌强大的生物合成潜力。链霉菌中多数次级代谢生物合成基因簇(biosynthetic geneclusters,BGCs)在常规实验条件下表达水平低甚至不表达,这使得相关天然产物的开发受到阻碍。原位激活和异源表达是挖掘链霉菌天然产物的有效方式,启动子作为基因表达的“开关”,在其中发挥着重要作用。因此对启动子的研究可以有效地促进BGCs的激活,从而挖掘新天然产物。本文重点阐述了链霉菌启动子的结构特征及其挖掘表征和设计构建的思路,并列举了链霉菌启动子在天然产物开发中的应用,有望为链霉菌生物合成路径的优化以及全新生物活性物质的发现提供思路和方法学参考。     

CRISPR相关转座元件的研究及应用进展

CRISPR-Cas的基因编辑能力引发了人们对该系统的研究热潮。除了实现基因的敲除和插入,CRISPR-Cas系统还可以被应用于基因簇重组、单碱基编辑和基因转录调控,推动了生物工程领域的发展。然而,有限的同源重组效率使CRISPR-Cas系统的应用受到了一定的限制。与CRISPR-Cas系统相比,移动遗传元件(mobile genetic elements,MGE)在转座酶的调控下,不需要依赖同源重组即可将指定DNA片段定向插入到细胞染色体中。近几年,人们发现了具有转座机制的CRISPR相关的转座元件,它可以介导DNA靶向整合,同时其出色的重编程能力为该领域的研究带来了新的发展。本文主要介绍近年来CRISPR-Cas系统相关转座元件的研究方向和应用进展,以及人工融合的dCas9-transposase系统的应用策略。文中还提出了CRISPR相关转座元件未来的应用前景和潜在挑战,为基因编辑工具的发展方向提供了参考意见。     

CRISPR技术在微生物合成生物学中的应用

合成生物学是一门较新的应用基础型学科,其在微生物中的深入研究为解决许多问题提供了新途径。CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats)技术在近几年飞速发展,并在原核、真核微生物的研究中得到了广泛应用。由于CRISPR技术操作简单、快速、功能多样,其应用促进了微生物合成生物学研究的进一步发展。该文回顾了CRISPR系统的发展历程,并描述了CRISPR技术在微生物合成生物学研究方面的应用。     

改造肠道微生物在疾病诊断与治疗中的应用

肠道微生物是近年来新兴的热门研究领域,它与人类疾病健康存在着密切的关系。伴随高通量测序技术的发展,研究者们发现了肠道微生物在疾病的诊断与治疗中的潜力。合成生物学通过设计编辑工具以及反馈回路,可以构建具有诊断疾病或者靶向治疗疾病的肠道微生物工程菌株。这些工程菌能够对环境进行感知、计算和反馈。本文概述了改造后的肠道微生物在疾病诊断与治疗中的应用,同时阐述了目前改造后肠道微生物的临床应用现状,并对"工具短缺"以及目前改造后肠道微生物所存在的安全性等问题进行了讨论。     

Streptomyces coelicolor A3(2)中新颖Ⅰ型羊毛硫肽的挖掘及异源表达

【目的】Ⅰ型羊毛硫肽通常具有广泛的生物活性,且抑菌机制独特,较少产生耐药性,因而在临床上具有很好的应用前景。本文对Streptomyces coelicolor A3(2)基因组上2个新颖的Ⅰ型羊毛硫肽生物合成基因簇进行研究,以实现目标羊毛硫肽的表达。【方法】首先,通过antiSMASH分析S. coelicolor A3(2)基因组序列,挖掘羊毛硫肽生物合成基因簇,使用BLAST进行基因功能注释,选择可能参与生物合成过程的基因;然后利用基因组装技术构建异源表达质粒,通过接合转移在链霉菌底盘细胞中进行异源表达;最后对发酵产物进行高效液相色谱、质谱及生物活性检测。【结果】通过添加启动子元件重构S. coelicolor A3(2)上基因簇3 (8.9 kb)和基因簇24 (9.0 kb),得到pYES-ColE1-SCO-cluster3和pYES-ColE1-SCO-cluster24。pYES-ColE1-SCO-cluster3在底盘细胞Streptomyces coelicolor M1152和Streptomycessp. A14中成功表达,得到潜在目标化合物coelin 3;pYES-ColE1-SCO-cluster24在底盘细胞Streptomyces sp. ZM13中成功表达,得到潜在目标化合物coelin 24。其中coelin 3对Bacillus subtilis 168和Escherichia coli ATCC 25922具有抑制作用,并且抑菌圈均达到28 mm。【结论】本研究成功使用启动子激活和异源表达策略实现了coelin 3和coelin 24的表达和活性测试,为后续新颖的羊毛硫肽结构解析和作用机制研究奠定了基础。