微生物所開發出微生物可控進化新方法

　　脅迫抗性是工業微生物的重要屬性之一。微生物的脅迫抗性是多基因控制的復雜生理性狀，單基因改造方法很難有效發揮作用。而針對多基因的化學/物理誘變、轉錄因子改造等方法，均采用“先突變后篩選”的策略，需要頻繁的人工介入，導致整個改造過程不連續且效率低。

　　為了快速提高工業微生物對不同環境脅迫的抗性，中國科學院微生物研究所李寅課題組已開發出基因組復制工程輔助的連續進化技術GREACE（Luan et al. Biotechnology for Biofuels 2013, 6:137）。其基本原理是降低基因組復制過程的保真性，提高突變頻率，實現在給定環境脅迫條件下的“邊突變邊篩選”，達到連續高效進化的目的。相關系統已提供給國內外十多個科研機構使用。

　　在自然界的脅迫條件下，極少量微生物細胞會通過一系列的生理調控，進入一種基因組復制突變率極高的超突變態。受這一現象的啟發，李寅課題組的研究人員采用雙穩態開關，創建了一個脅迫誘導突變（stress-induced mutagenesis）的進化模塊。將該模塊植入大腸桿菌后，加入誘導劑IPTG可引發脅迫誘導突變，使細胞躍遷到突變態，從而適應環境脅迫。當達到進化目標后，加入誘導劑aTc抑制脅迫誘導突變，使細胞回歸到正常態，保持進化后的性狀穩定遺傳。

　　在這一設計思想指導下，研究人員通過10個周期的IPTG/aTc切換，在2個半月內就將大腸桿菌對丁醇的最低耐受濃度提高了56%，實現了復雜生理性狀的人工控制進化。研究結果為進化工程增加了一種可控進化新方法，也為脅迫誘導突變理論提供了新的實驗證據。

　　以上結果已于6月30日在Biotechnology for Biofuels 在線發表。朱林江為該文的第一作者，蔡真為該文的通訊作者。該研究得到了國家科技部“973”計劃和“863”計劃的資助。