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基礎(chǔ)研究新突破 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院加工所鑄造出“基因剪刀”

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-02-08 02:00:38    來源:云推搜網(wǎng)    作者:云推小編    瀏覽次數(shù):919    評論:0
導(dǎo)讀

近期,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院加工所申請的一項發(fā)明專利“CRISPR/LpCas9基因編輯系統(tǒng)及其應(yīng)用(ZL202010531552.0)”獲得授權(quán)。這是研究所自主知識產(chǎn)權(quán)的一把“基因剪刀”,該“基因剪刀”來源于副干酪乳桿菌基因組的編碼蛋白,研發(fā)團隊同時開發(fā)了基于該蛋白的基因編輯系統(tǒng),可實現(xiàn)對生物基因組的快速、精準(zhǔn)編輯,具有廣闊的科研應(yīng)用與商業(yè)價值。

  近期,加工所申請的一項發(fā)明專利“CRISPR/LpCas9基因編輯系統(tǒng)及其應(yīng)用(ZL202010531552.0)”獲得授權(quán)。這是研究所自主知識產(chǎn)權(quán)的一把“基因剪刀”,該“基因剪刀”來源于副干酪乳桿菌基因組的編碼蛋白,研發(fā)團隊同時開發(fā)了基于該蛋白的基因編輯系統(tǒng),可實現(xiàn)對生物基因組的快速、精準(zhǔn)編輯,具有廣闊的科研應(yīng)用與商業(yè)價值。     “基因剪刀”是指能夠在特定位點精準(zhǔn)切割核酸分子的一類核酸內(nèi)切酶,能夠?qū)虍a(chǎn)生類似剪刀切割的效果,被形象稱為“基因剪刀”?;蚓庉嬵I(lǐng)域的專利技術(shù)在近10年呈高速增長態(tài)勢,美國在該領(lǐng)域全球領(lǐng)跑,專利量居于全球第一。目前在基因編輯領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的“基因剪刀”是來源于釀膿鏈球菌(Streptococcus pyogenes)的SpyCas9蛋白,其專利權(quán)為美國博德研究所與加州大學(xué)共同持有。     SpyCas9蛋白已被成功用于哺乳動物細胞、植物、酵母等多個物種的基因編輯,但研究發(fā)現(xiàn)該蛋白應(yīng)用于部分乳酸菌會對宿主細胞產(chǎn)生毒性,導(dǎo)致宿主細胞生長緩慢甚至凋亡。為了開發(fā)一種乳酸菌普適性更強的基因編輯工具,克服SpyCas9蛋白的缺陷,加工所乳品加工團隊開展了對新“基因剪刀”的挖掘、篩選和“打磨”,最終在一株副干酪乳桿菌基因組上找到一個具有切割雙鏈DNA能力的LpCas9蛋白,并解析了該蛋白所識別的有效PAM序列,成功打開了該蛋白剪輯基因的“密碼鎖”。相比SpyCas9蛋白,LpCas9存在兩個明顯優(yōu)勢和一個不足。第一個優(yōu)勢是具有極低的剪輯“脫靶率”,而“脫靶”可能會導(dǎo)致基因突變,引起疾病或缺陷發(fā)生;第二個優(yōu)勢就是該蛋白源于乳酸菌,在乳酸菌中普適性更強。不足之處是編輯效率略低于SpyCas9,研究團隊利用人胚胎腎細胞HEK293T評估了二者的優(yōu)劣,結(jié)果表明LpCas9編輯效率為55.8%,低于同條件下SpyCas9的78.5%。     基于此,加工所乳品加工團隊未來將重點開展以下三方面工作。一是優(yōu)化改造現(xiàn)有的LpCas9蛋白,重點“打磨”提高其基因編輯效率,開發(fā)適應(yīng)不同應(yīng)用場景需要的專用“基因剪刀”。二是依托現(xiàn)有的乳酸菌優(yōu)勢資源,繼續(xù)挖掘和“鑄造”新型的“基因剪刀”,豐富現(xiàn)有的基因編輯“工具箱”,滿足未來多種基因編輯的應(yīng)用需求。三是圍繞減少“基因剪刀”蛋白過度表達帶來的負面效應(yīng),開展基因編輯精準(zhǔn)控制相關(guān)研究。     基因編輯技術(shù)在作物育種、人類疾病治療和微生物遺傳改良等方面已經(jīng)展示出巨大的應(yīng)用潛力,相關(guān)專利蘊含的商業(yè)價值愈發(fā)被重視,專利的布局和競爭也日益白熱化。CRISPR/Cas9系統(tǒng)是目前全球最先進的基因編輯方案,致力于開發(fā)其商業(yè)應(yīng)用的生物技術(shù)公司在使用相關(guān)發(fā)明專利之前,首先需要獲得知識產(chǎn)權(quán)持有者的許可。雖然科學(xué)家可以將這些技術(shù)用于基礎(chǔ)研究目的,無需支付專利費,但如果想要轉(zhuǎn)讓基于該技術(shù)研發(fā)的相關(guān)成果,則需要獲得相關(guān)許可。近年來,我國在基因編輯領(lǐng)域獲得了飛速發(fā)展,授權(quán)專利數(shù)量緊隨美國排名全球第二,但是核心“基因剪刀”相關(guān)專利仍然比較匱乏。本專利是目前我國為數(shù)不多具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“基因剪刀”之一,其成功獲得授權(quán)可為乳酸菌及相關(guān)微生物合成生物學(xué)基礎(chǔ)研究提供一個可行方案。     該研究獲得國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程等項目的資助。部分研究結(jié)果發(fā)表在《微生物學(xué)前沿(Frontiers in Microbiology)》上。
 
(文/云推小編)
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