《Nature》子刊：新CRISPR技术，祝您轻松实现单碱基精确基因敲除

　　

CRISPR-Cas9系统为研究者提供了精准编辑DNA的技术手段，如今，研究人员又利用它开发出了靶向酿酒酵母（S. cerevisiae）单基因的技术，研究人员通过删除DNA序列中1个碱基即可关闭基因。这种基因组级别的生物工程与传统的靶向单个基因或有限数量基因的策略相比，未来将更方便研究者独立研究单个基因或与其他基因结合时的功能。理解和优化S. cerevisiae基因组，提高酵母菌株生产力对乙醇、工业化学品、润滑剂和药品等工业生产具有重要意义。

伊利诺伊大学化学与生物分子工程教授赵惠民（Huimin Zhao）研究团队发文《Nature Biotechnology》，“我们希望把微生物改造成创造有价值化工品和生物燃料的细胞工程，”他说。“CRISPR已经被用来引入定点突变解决遗传疾病。酵母有大约6000个基因，我们希望能反复敲除每个基因，并找出它们对目标化合物生产有何影响。”

过去，研究者们制造“基因敲除”酵母来研究每个基因对细胞功能的贡献。当发现有益突变时，就选择性地培育携带这种特性的酵母。但是，如果采用完全敲除靶基因的方式生产工程酵母的话，会造成意想不到的问题。“因为许多基因相互重叠，删除一个基因可能也相当于删除了其他基因部分，这使研究人员很难真正孤立地研究单个基因，”赵教授说。

DNA序列中每个字母（ATCG）对应一个碱基，这是DNA链的基本组成元素。赵教授课题组利用CRISPR-Cas9系统创建了一种精确删除一个基因内部一个碱基的技术。原理是，根据细胞一次读取三个DNA碱基的属性，错位读码框相当于敲除基因，而与被编辑的基因重叠的其他基因依然可以保持不变，继续行使功能。

“我们可以在整条染色体上只引入一个碱基变化，尽可能地减少对邻近基因功能的影响，这是一个前所未有的精确度，”赵教授说。

他们将这项技术命名为CRISPR/Cas9和同源定向修复辅助基因组级别工程（CRISPR/Cas9 and homology-directed-repair assisted genome-scale engineering，CHAnGE），除了精度，该技术还具有快速、高效和低成本等优点。赵教授研究小组创建了一个基因敲除酵母文库，内含S. cerevisiae基因组内所有单基因的敲除版本，其他研究人员只需50美元手续费即可购买。

“过去，人们为了剔除酵母中某个基因，不惜花费几年时间，”赵教授说。“现在，使用CHAnGE，只需一个人用大约1个月的时间就能生产覆盖整个酵母基因组的突变体文库。”

他的研究小组还在为其他酵母开发突变文库，将来可用于润滑剂、生物燃料和其他工业脂质生产。

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原文减速：Genome-scale engineering of Saccharomyces cerevisiae with single nucleotide precision

（生物通：伍松）

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