近日，生物工程學院智能生物制造教育部重點實驗室基因編輯與合成生物工程課題組劉嶸明教授受邀在生物工程領域國際權威Top期刊《生物技術發展趨勢》（Trends in Biotechnology）發表題為“在工業微生物中超越CRISPR-Cas9的新興基因編輯技術”（Emerging gene editing in industrial microbiology beyond CRISPR-Cas9）的綜述文章。大工生物工程學院為第一單位和唯一通訊單位。劉嶸明教授、梁麗亞副教授為本文的通訊作者。梁麗亞副教授與生物工程學院在讀博士研究生譚慧萍為共同第一作者。
CRISPR-Cas9技術是工業微生物基因編輯領域的明星工具，能夠幫助人們更快速、更精準地改造菌株，從而提高生產效率和環境耐受性。然而，隨著研究的深入，Cas9在某些微生物中的應用遇到了一些挑戰，比如脫靶效應和毒性問題，尤其是對于那些對Cas9敏感或缺乏遺傳改造工具的菌株。
該論文總結了近年來多種基因編輯系統的研究成果。CRISPR-Cas12a系統因其低毒性和高效的編輯能力脫穎而出。與Cas9不同，Cas12a的獨特優勢包括T富集的PAM序列要求和產生粘性末端的DNA切割方式。這使其在多種微生物中展現出了出色的編輯效果，特別是對那些難以用Cas9進行改造的菌株。此外，堿基編輯器和先導編輯器等新興技術，能夠在不引入DNA雙鏈斷裂的情況下進行精準的基因改造，大大提高了對微生物的編輯效率和存活率。隨著新型CRISPR核酸酶（如Casπ）的發現，它們獨特的PAM需求和低副作用有望成為對Cas9敏感菌株的理想替代工具。同時，人工智能和機器學習的引入，為預測基因編輯工具提高編輯精度，并大幅減少脫靶效應。這一系列新技術的出現，不僅讓工業微生物基因編輯更加精準和高效，也為生物產品的規模化生產帶來了無限可能。
本研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、“興遼英才計劃”項目、大連市科技創新基金項目以及大工基礎研究基金的支持。
原文鏈接：https://www.cell.com/trends/biotechnology/fulltext/S0167-7799(24)00270-1
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