利用人工染色体载体加速谷氨酸棒杆菌基因组合成：迈向工业微生物合成新高度

《TRENDS IN Biotechnology》：Expediting genome synthesis of Corynebacterium glutamicum with an artificial chromosome vector

为解决现有基因组合成方法对其他微生物适用性不足的问题，研究人员开展了关于谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）人工染色体（CAC）的研究。他们开发出 CAC 载体及 CACEXER 策略，将 361 kb（11%）合成 DNA 整合到基因组，为谷氨酸棒杆菌大规模基因组合成奠定基础。

　　本研究构建了一种类似细菌人工染色体（BAC）的载体用于谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum），并引入了精简的谷氨酸棒杆菌人工染色体（CAC）切除增强重组（CACEXER）策略，用于这种在工业上具有重要意义的革兰氏阳性微生物的从头基因组合成。目前，已成功将 361 kb（即 11%）的合成 DNA 整合到基因组中。为进一步优化基于 CAC 的方法并加速基因组合成，研究旨在融入大规模 DNA 组装和递送方面的最新进展。此外，基因组调试以减轻生长缺陷对于实现完全合成的谷氨酸棒杆菌基因组至关重要。基于当前进展，该技术已达到美国国家航空航天局（NASA）定义的技术就绪水平（TRL）3 到 4 级。亮点：开发出用于谷氨酸棒杆菌的类人工染色体质粒；谷氨酸棒杆菌人工染色体有助于逐步替换约 50 kb 的基因组；总计有 361 kb 的合成 DNA 被整合到谷氨酸棒杆菌基因组（11%）。摘要：基因组合成的最新进展依赖于可扩展的 DNA 组装和递送，以及高效的重组技术。虽然这些方法在大肠杆菌（Escherichia coli）和酵母中取得了快速进展，但对其他微生物往往并不适用。在此，研究人员设计了谷氨酸棒杆菌人工染色体（CAC），它将来自近缘菌株的复制系统与固有的分配系统相结合。这种 CAC 载体能够高效递送长达 56 kb 的 DNA 片段，并在谷氨酸棒杆菌中保持稳定。利用 CAC 载体，研究人员开发了 CAC 切除增强重组（CACEXER）策略，这是一种用于谷氨酸棒杆菌迭代基因组替换的精简策略。通过该方法，研究人员将 361 kb（11%）的合成 DNA 整合到基因组中，创建了半合成菌株 semi-syn_CG-A。该菌株为将谷氨酸棒杆菌确立为继大肠杆菌和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）之后，能够进行大规模基因组合成的第三种工业微生物奠定了基础。