科研人員在放線菌大型基因簇激活研究中取得新進展

近日，華東理工大學生物反應器工程國家重點實驗室的副研究員譚高翼與合作者在放線菌大型基因簇捕捉和沉默基因簇激活，發掘新穎活性天然產物研究中取得新進展，相關研究近日發表于《核酸研究》。

放線菌是合成天然產物藥物的主力，被廣泛用于抗腫瘤藥物、免疫抑制劑和殺蟲劑等多種藥物的發酵和規?；I制造。然而，放線菌基因組DNA的GC(G鳥嘌呤;C胞嘧啶)含量大多超過70%，其中的大型沉默天然產物編碼基因簇的編輯或克隆和激活表達，一直是限制放線菌活性天然產物發掘與合成的技術難點。

聚焦這一難題，譚高翼等整合了“基因剪刀”CRISPR-Cas12a的精準靶向切割和細菌人工染色體建庫技術的優勢，開發了一種從放線菌基因組中快捷、高效克隆或編輯大片段DNA的方法，簡稱“貓捕”(CAT-FISHING)技術。

“CRISPR-Cas12a就像是貓，可以從放線菌中切割和捕捉難以獲取的‘魚’——編碼次級代謝產物的大型基因簇DNA。”譚高翼比如說，將其用于放線菌大型沉默基因簇的克隆和激活表達，最終實現了活性新穎天然產物的發掘。

該研究通過體外直接克隆，將放線菌基因簇的克隆上限突破至145kb，實驗成本相較常規建庫的方法降低125倍，可用于批量克隆基因簇。研究團隊對克隆得到的基因簇進行激活表達，獲得一種結構新穎的大環內酰胺類化合物，并將其命名為馬里諾霉素A。隨后的活性測試發現該化合物對結腸癌細胞HCT116具有較好的殺滅活性。

這表明“貓捕”作為一種高效的大型基因簇克隆的平臺技術，其便捷性和成本低廉性在微生物藥物發掘領域具有廣泛應用前景?！渡锛夹g近期述評》也認為，“貓捕”是迄今最快捷的大型基因簇克隆技術。

據悉，譚高翼及合作者已經圍繞CRISPR-Cas12a開發了多項技術，“貓捕”作為系列技術之一，已經申請國內外專利。

華東理工大學博士生梁敏東、曾曉倩和碩士生劉樂詩，以及浙江大學的徐飛研究員為本文共同第一作者。這項研究受到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的支持。(作者：馮麗妃)

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關鍵詞： 國家重點實驗室 活性天然產物 放線菌大型基因簇捕捉 沉默基因簇激活