希望：闫爱新团队开辟可挪动型基果编纂东西

自2012年CRISPR-Cas体系被初次应用于基因编辑以来，基于CRISPR的基因编辑敏捷进展成为了生命科学研究范畴的颠覆性技能之一【1】。然而，到现在为止，绝大部门的基因编辑应用照旧基于具有单一效应卵白的II型CRISPR-Cas9体系。在原核生物中自然存在的CRISPR-Cas体系中，II型体系只占不到10%，比例最高、亚型最多的则是I型体系（50%），比方首个被发觉的CRISPR-Cas体系便是存在于大肠杆菌中属于I-E亚型的I型CRISPR-Cas体系。然而，因为I型体系依靠于一个由多组份卵白构成的复合体（Cascade）实现对靶标DNA序列的辨认和滋扰，拦阻了这类CRISPR-Cas体系的遍及应用和转化。另一方面，因为差别细菌中的DNA转化和同源重组服从千差万别，以及Cas9卵白在某些基因型表达时会造成细胞毒性，CRISPR-Cas9体系在细菌基因组编辑的应用中仍旧非常有限。近些年来，越来越多的研究开始评释使用细菌内源性的I型CRISPR-Cas体系可在遗传操纵困难的菌株中，尤其黑白模式菌株中实现高效且轻便的基因编辑【2】，为在细菌中创建可以遍及应用的、基于I型CRISPR-Cas的基因编辑技能奠基了底子。但是怎样将这些布局庞大的I型体系导入异源宿主举行稳健表达是制约这一技能的一浩劫题。

克日，香港大学闫爱新团队在Nucleic Acids Research上颁发了题为A transferrable and integrative type I-F Cascade for heterologous genome editing and transcription modulation的文章。作者通过一系列严谨的试验和与相应的Cas9体系的比力，展示了将庞大的I型Cascade导入异源宿主中进而实现基因编辑的计谋和步调，并使用I-F型Cascade在以基因组庞大、基因型多样而著称的多株假单胞菌中（包罗临床分散、重组服从低、基因组序列未知、以及含有anti-CRISPR的菌株）验证了要领的可行性和高效性。

闫爱新团队于2019年在一株多重耐药的铜绿假单胞菌PA154197中判定到一个高活性的I-F型CRISPR-Cas体系，并乐成使用该体系实现了在PA154197中通过一步法转化单一编辑质粒举行高效的基因编辑【3】。为了将该体系推广应用于异源细菌中的基因编辑，他们起首将编码I-F型Cascade以及Cas2-3效应卵白的完备cas基因簇搭载于一个带有可以或许表达fCTX整合酶的高效整合质粒中，孕育发生可转移的I-F Cascade元件mini-CTX-IF-Ptat-lacZ。通过细菌间接合将质粒导入目的菌株后，所携带的cas基因簇则会通过attB/attP位点埋头性重组整合至异源假单胞菌的基因组中从而使其拥有了一个“内源”性稳健表达的I-F Cascade。随后，联合早期开辟的单一编辑质粒便可实如今目的菌株中基于“内源性”I-F Cascade的种种基因编辑。在此底子之上，作者还开辟了同时含有cas基因簇和λred重组酶、具有更壮大和遍及用途的可转移I-F编辑元件mini-CTX-IF-λred-Ptat-lacZ。有味的是，根据雷同的思绪，在完成必要的基因编辑之后该体系还可以实现将最初整合至基因组中的自身大片断序列（>21 kb）举行原封敲除，仅留下在靶标位置的基因编辑。别的，在Cas2-3效应卵白缺失的情形下，该体系可进一步应用于靶标基因的转录调控。

该计谋有用办理了I型CRISPR-Cas体系在推广应用上的技能困难，实现了在差别铜绿假单胞菌临床分散菌株（格外是在Cas9活力体现低下、无法举行基因编辑的菌株）以及别的假单胞菌好比恶臭假单胞菌中的基因组编辑。联合实用于差别细菌的整合质粒【4】及数目浩繁亚型多样的别的I型Cascade，该要领将极大地扩展基于CRISPR-Cas的应用东西箱。

徐泽凌博士（现华南农业大学副研究员）为该文章第一作者，香港大学闫爱新副传授为通讯作者。曲阜师范大学司美茹副传授在香港大学担当访问学者时期也参加了部门事情。

原文链接：

http://doi.org/10.1093/nar/gkab521

制版人：十一

参考文献

[1] Zhang,F. (2019) Development of CRISPR–Cas systems for genome editing and beyond. Q. Rev. Biophys. 52, E6.

[2] Xu,Z., Li,Y., Li,M., Xiang,H. and Yan,A. (2021) Harnessing the type I CRISPR–Cas systems for genome editing in prokaryotes. Environ.Microbiol. 23, 542–558.

[3] Xu,Z., Li,M., Li,Y., Cao,H., Miao,L., Xu,Z., Higuchi,Y., Yamasaki,S., Nishino,K., Woo,P. et al. (2019) Native CRISPR–Cas-mediated genome editing enables dissecting and sensitizing clinical multidrug-resistant P. aeruginosa. Cell Rep. 29, 1707–1717.

[4] Brophy,J.A.N., Triassi,A.J., Adams,B.L., Renberg,R.L., Stratis-Cullum,D.N., Grossman,A.D. and Voigt,C.A. (2018) Engineered integrative and conjugative elements for efficient and inducible DNA transfer to undomesticated bacteria. Nat Microbiol. 3, 1043–1053.

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