近日，生物工程学院智能生物制造教育部重点实验室基因编辑与合成生物工程课题组刘嵘明教授受邀在生物工程领域国际权威Top期刊《生物技术发展趋势》（Trends in Biotechnology）发表题为“在工业微生物中超越CRISPR-Cas9的新兴基因编辑技术”（Emerging gene editing in industrial microbiology beyond CRISPR-Cas9）的综述文章。大工生物工程学院为第一单位和唯一通讯单位。刘嵘明教授、梁丽亚副教授为本文的通讯作者。梁丽亚副教授与生物工程学院在读博士研究生谭慧萍为共同第一作者。
CRISPR-Cas9技术是工业微生物基因编辑领域的明星工具，能够帮助人们更快速、更精准地改造菌株，从而提高生产效率和环境耐受性。然而，随着研究的深入，Cas9在某些微生物中的应用遇到了一些挑战，比如脱靶效应和毒性问题，尤其是对于那些对Cas9敏感或缺乏遗传改造工具的菌株。
该论文总结了近年来多种基因编辑系统的研究成果。CRISPR-Cas12a系统因其低毒性和高效的编辑能力脱颖而出。与Cas9不同，Cas12a的独特优势包括T富集的PAM序列要求和产生粘性末端的DNA切割方式。这使其在多种微生物中展现出了出色的编辑效果，特别是对那些难以用Cas9进行改造的菌株。此外，碱基编辑器和先导编辑器等新兴技术，能够在不引入DNA双链断裂的情况下进行精准的基因改造，大大提高了对微生物的编辑效率和存活率。随着新型CRISPR核酸酶（如Casπ）的发现，它们独特的PAM需求和低副作用有望成为对Cas9敏感菌株的理想替代工具。同时，人工智能和机器学习的引入，为预测基因编辑工具提高编辑精度，并大幅减少脱靶效应。这一系列新技术的出现，不仅让工业微生物基因编辑更加精准和高效，也为生物产品的规模化生产带来了无限可能。
本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、“兴辽英才计划”项目、大连市科技创新基金项目以及大工基础研究基金的支持。
原文链接：https://www.cell.com/trends/biotechnology/fulltext/S0167-7799(24)00270-1
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