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北卡罗来纳州立大学的研究人员使用CRISPR通过吸收自然过程对细菌进行大规模的基因改变。
在一项新的研究中，北卡罗莱纳州立大学的研究人员描述了一系列分子工具来重写——而不仅仅是编辑——生物体的DNA的大块，基于CRISPR-Cas系统与被称为转座子的自私基因“搭便车者”相关。
研究人员研究了不同的I-F型CRISPR-Cas系统，并对其进行工程设计，在转座子的载体上添加多达10,000个额外的基因编码字母，从而对细菌(在本例中是大肠杆菌)进行所需的改变。
这一发现扩展了CRISPR工具箱，在治疗学、生物技术和更可持续和高效的农业需要灵活的基因组编辑时，可能对细菌和其他生物体的操纵产生重大影响。
细菌利用CRISPR-Cas作为适应性免疫系统来抵御病毒等敌人的攻击。这些系统已经被科学家应用于移除、切割和替换各种生物的特定遗传密码序列。这项新发现表明，可以移动或添加的遗传密码的数量呈指数级增加，这可能会增加CRISPR的功能。
“在自然界中，转座子选择了CRISPR系统，自私地在有机体的基因组中移动自己，以帮助自己生存。反过来，我们通过与转座子集成一个可编程的CRISPR-Cas系统，可以移动我们设计的执行某些功能的基因货物，”Rodolphe Barrangou说，他是北卡罗来纳州州立大学食品、生物加工和营养科学Todd R. Klaenhammer特约教授，也是描述该研究的一篇论文的通信作者。
Barrangou说:“使用这种方法，我们证明了我们可以通过移动多达10,000个字母的DNA块来设计基因组。大自然已经做到了这一点——生物信息学数据显示，基于转座子的CRISPR系统可以移动多达10万个基因字母——但现在我们可以通过使用这个系统来控制和设计它。
“为了完成搭便车的类比，我们设计搭便车者将特定的行李或货物带进汽车，在汽车到达目的地时交付某种类型的有效载荷。”
这项研究表明，研究人员在体外实验台上和大肠杆菌体内都证明了这种方法的有效性。研究人员选择了10种不同的与CRISPR相关的转座子来测试该方法的有效性。这一方法适用于所有10个转座子，尽管它们的有效性因温度和转座子负载大小等因素而有所不同。
北卡罗来纳州立大学的研究生、该研究的第一作者Avery Roberts说:“令人兴奋的是，我们测试的所有系统在将它们从原生生物形态重建为基因组编辑工具后都能正常工作。我们发现了这些系统的新特性，但随着该领域的快速发展，可能会有更多相关的发现和应用出现。”
研究还表明，该方法可以同时用于不同的转座子。
Barrangou说:“不像其他CRISPR系统，如更熟悉的II型Cas-9系统，只有一个基因，我们可以引入整个代谢途径，将一整套新的功能整合到有机体中。例如，在未来，这可能意味着为植物提供更灵活的抗病性或抗旱性。”
Syngenta Seeds种子公司种子研究全球主管Gusui Wu表示:“我们对这些发现感到兴奋，并看到了将这些新发现的系统应用于作物作物的潜力，以加速开发更有韧性、产量更高的品种。”
Barrangou和Wu补充说，这项研究中的工作提供了一个推动科学发现和培训未来劳动力的公私伙伴关系的很好的例子。
Functional characterization of diverse type I-F CRISPR-associated transposons
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