CRISPR筛选揭示TP53和PTEN调控牛间充质干细胞增殖的关键作用及其在培养肉生产中的应用

本研究针对培养肉生产中牛间充质干细胞(bMSCs)增殖受限的关键瓶颈，通过构建靶向603个基因的CRISPR敲除文库进行功能性筛选，发现TP53和PTEN基因敲除可显著增强细胞增殖并延缓衰老，同时鉴定出软骨分化通路作为潜在调控靶点。该研究为优化培养肉生产的细胞扩增工艺提供了重要分子靶标和技术路径。

　　

随着全球肉类需求持续增长，传统畜牧业面临资源消耗、温室气体排放和抗生素滥用等多重挑战。培养肉技术作为可持续的替代方案，其核心瓶颈在于动物细胞的大规模扩增效率。牛间充质干细胞(bMSCs)因其多能性和工业化适用性成为主流细胞来源，但存在增殖速度慢、易衰老等限制。这项发表在《Communications Biology》的研究，通过创新性应用CRISPR筛选技术，系统解析了调控bMSCs增殖的关键分子机制。

研究团队采用三大关键技术：1)从3月龄小牛脂肪组织分离原代bMSCs并建立长期培养体系；2)设计靶向603个基因的CRISPR敲除文库进行30天和200天双重筛选；3)结合RNA测序和功能验证分析TP53/PTEN敲除的分子表型。

研究结果部分：

"Pooled CRISPR screens identifies key regulators of bovine stem cell expansion for cultured meat"：构建包含3000个sgRNA的文库，发现TP53和PTEN敲除使细胞丰度分别增加1000倍和显著提升。

"CRISPR short-term proliferation screen enriches and depletes known and novel genes"：7天筛选即显示TP53靶向sgRNA富集度达50倍，PTEN靶向sgRNA达20倍，与DepMap数据库人类癌细胞数据高度一致。

"Pathway analysis of short-term CRISPR screen identifies five clusters and associated pathways"：聚类分析揭示TGF-β信号和软骨分化相关基因(如SMAD3/4/5)构成关键调控网络。

"CRISPR long-term proliferation screen highlights TP53 as the top candidate"：200天长期培养证实TP53敲除使细胞增殖期从100天延长至200天，衰老细胞比例从60%降至10%。

"RNA sequencing of the CRISPR long-term proliferation screen identifies key genes and pathways"：转录组分析显示TP53敲除细胞维持早期基因表达特征，下调肌肉分化基因但保留脂代谢通路活性。

"Validation of TP53 and PTEN knockouts"：单克隆验证证实TP53敲除使增殖率提升37%，PTEN敲除提升12%，但二者均使脂肪分化效率降低30-40%。

这项研究开创性地将CRISPR筛选技术应用于培养肉领域，不仅证实TP53/PTEN作为调控bMSCs增殖的核心开关，还揭示增殖与分化能力的权衡关系。值得注意的是，TP53敲除虽显著增强扩增能力，但可能影响终产物的肌肉/脂肪组成，这为后续工艺优化提供了明确方向。研究者建议未来可探索SMADs等软骨分化相关基因的调控，或开发诱导型基因编辑系统来平衡增殖与分化。该工作为培养肉产业突破细胞扩增瓶颈提供了分子工具箱，同时建立了大型动物干细胞功能基因组学研究范式。