CRISPR/Cas9系統(tǒng)極大豐富了原核生物的基因組編輯方法。但由于CRISPR/Cas9系統(tǒng)高效的致死篩選能力和原核生物普遍的低同源重組效率，多靶點(diǎn)和自動(dòng)化的基因組編輯仍難以實(shí)現(xiàn)，嚴(yán)重限制了菌株的遺傳改造效率。

近日，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員鄭平帶領(lǐng)的系統(tǒng)與合成生物技術(shù)團(tuán)隊(duì)、研究員孫際賓帶領(lǐng)的系統(tǒng)生物分析團(tuán)隊(duì)以及研究員王猛帶領(lǐng)的高通量新分子生物合成團(tuán)隊(duì)合作，在重要工業(yè)平臺(tái)微生物谷氨酸棒桿菌中開發(fā)了多元自動(dòng)化基因組編輯方法MACBETH（Multiplex Automated Corynebacterium glutamicum Base Editing Method）。該方法結(jié)合CRISPR/Cas9系統(tǒng)的定位功能與胞嘧啶脫氨酶（AID）的堿基編輯功能，可在染色體靶位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)從C到T的編輯，編輯效率高達(dá)90%。MACBETH可同時(shí)在多個(gè)基因中生成提前的終止密碼子，以失活靶基因。在天津工生所的自動(dòng)化平臺(tái)上，可實(shí)現(xiàn)從質(zhì)粒構(gòu)建、基因組編輯、獲取正確突變株和表型驗(yàn)證的全流程自動(dòng)化操作，編輯能力可達(dá)到每月數(shù)千突變株。作為示例，MACBETH用于一次性構(gòu)建94個(gè)調(diào)控因子單獨(dú)失活的菌株庫(kù)，成功率達(dá)到100%。由于不需要額外提供DNA模板，該方法可降低基因組編輯難度與成本，并可在不影響基因組結(jié)構(gòu)的前提下，快速構(gòu)建全基因組規(guī)模的單基因失活菌株庫(kù)，有望加快谷氨酸棒桿菌的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，為將谷氨酸棒桿菌改造為通用的微生物底盤提供技術(shù)支持。同時(shí)，該方法也為在其他原核生物中實(shí)現(xiàn)多靶點(diǎn)和自動(dòng)化的基因組編輯提供了參考。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Metabolic Engineering上，助理研究員王鈺、研究實(shí)習(xí)員劉葉為論文的共同第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目、中科院率先行動(dòng)“百人計(jì)劃”和天津市特支計(jì)劃項(xiàng)目的資助。 (生物谷Bioon.com）