CasPER一種多樣化酶的新方法

發(fā)表在代謝工程期刊上的一項(xiàng)新研究描述了一種基于CRISPR / Cas9的方法，該方法可以靈活地設(shè)計(jì)必需和非必需酶而無(wú)需額外的工程。這有多種應(yīng)用，包括開發(fā)生物基藥品，食品添加劑，燃料和化妝品。

“當(dāng)生產(chǎn)菌株時(shí)，這將使生物合成途徑中的某些限制性酶更容易設(shè)計(jì)并提高效率，特異性或多樣性。人們將能夠發(fā)現(xiàn)該途徑中最佳的權(quán)衡酶變體并增加有價(jià)值的產(chǎn)量化合物，“DTU生物可持續(xù)性Novo Nordisk基金會(huì)研究員Tadas Jakociunas說(shuō)。

新開發(fā)的方法稱為CasPER，并且基于現(xiàn)有技術(shù)，例如CRISPR / Cas9，近年來(lái)已用于酵母的基因組工程和重新編程。然而，這種新工具使科學(xué)家能夠通過(guò)整合更長(zhǎng)的多樣化片段來(lái)設(shè)計(jì)酶或其活性結(jié)構(gòu)域，從而提供了靶向特定區(qū)域中每個(gè)核苷酸的機(jī)會(huì)。在酵母中，CasPER能夠以幾乎100%的效率整合誘變的DNA片段，即使是以多重方式。

發(fā)現(xiàn)酶變體

對(duì)新方法的深入表征得出結(jié)論，已經(jīng)存在的CRISPR / Cas9方法之間的主要區(qū)別在于CasPER允許非常有效的整合和以多重方式攜帶具有各種突變的大DNA片段以產(chǎn)生具有數(shù)十萬(wàn)種酶變體的細(xì)胞庫(kù)。。

雖然其他CRISPR方法主要依賴于較短序列的整合以使DNA多樣化并需要多輪工程，但CasPER顯著拓寬了工程DNA片段的長(zhǎng)度。此外，它不需要任何額外的步驟，使酶更多和更有效地使酶多樣化以產(chǎn)生更高產(chǎn)量的所需化學(xué)品。

篩選平臺(tái)

例如，在引入CRISPR / Cas9之前，在酵母中設(shè)計(jì)必需酶是一個(gè)相當(dāng)緩慢的過(guò)程。如今，將酶設(shè)計(jì)為更高效和特異性是可行的，允許它們將更多底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。

“建造用于生產(chǎn)有價(jià)值化合物的細(xì)胞工廠仍然是非常昂貴和耗時(shí)的，因此將所有這些資金和時(shí)間投入工程需要得到回報(bào)。您需要生產(chǎn)一定數(shù)量的產(chǎn)品以使其具有商業(yè)相關(guān)性，并且像CasPER這樣的工具肯定會(huì)有助于加速和升級(jí)這個(gè)過(guò)程，“Jakociunas說(shuō)。

作為這項(xiàng)研究的概念驗(yàn)證，科學(xué)家們針對(duì)甲羥戊酸途徑中的幾種必需酶。這種生物合成途徑負(fù)責(zé)甾醇的產(chǎn)生，并且在大多數(shù)生物體中是必需的。從對(duì)人類的研究來(lái)看，它最為人所知的是他汀類藥物的目標(biāo)，他汀類藥物是一類降膽固醇藥物。這些藥物基于抑制該途徑中的一些步驟。在一些細(xì)菌和真核生物中，該途徑負(fù)責(zé)產(chǎn)生最大類的化合物類異戊二烯。為了證明CasPER的適用性和效率，科學(xué)家們?cè)诩琢u戊酸途徑中靶向了兩種必需的酶，并且能夠選擇細(xì)胞工廠，其類胡蘿卜素的產(chǎn)量增加了11倍。

工業(yè)和學(xué)術(shù)界的巨大潛力

未來(lái)，CasPER可廣泛用于學(xué)術(shù)界和工業(yè)界。雖然該方法的主要應(yīng)用是加速和降低工程和優(yōu)化細(xì)胞工廠的成本，但該方法也可以應(yīng)用于需要DNA多樣化的任何實(shí)驗(yàn)。

“你可以研究蛋白質(zhì)功能，開發(fā)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)工具，研究蛋白質(zhì)與DNA，底物和其他分子的相互作用，使調(diào)控元件多樣化，如啟動(dòng)子，終止子和增強(qiáng)子，”Tadas Jakociunas說(shuō)。

該方法在酵母中得到驗(yàn)證，但也可用于其他具有有效同源重組機(jī)制的生物體。

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