利用CRISPR/Cas系统建立新型乳酸菌基因组编辑技术

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31400077
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0104.微生物遗传与生物合成
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Site-directed deletion, insertion and replacement in genome are important strategies for exploring gene function and metabolic pathway, while the traditional genetic manipulation tools of lactic acid bacteria exhibit some limits, including low efficiency, long period and instable phenotype. The type II CRISPR/Cas system, a new emerging genome editing tool, has been successfully used in targeting-modification of prokaryotes and eukaryotes. In this project, two key elements, Cas9 and sgRNA, were used to develop a recombinant plasmid pGCs for construction of genome editing platform for Lactococcus lactis. With green fluorescent protein (gfp) gene as a reporter, the L. lactis genome was targeted. The efficiency of gene insertion and optimum targeting condition were investigated by fluorescence and transcriptional level. Then, heme biosynthetic gene clusters (hemeALBCD, hemEY) from Bacillus subtilis was used to target the genome. Through analysis of heme synthesis, biomass accumulation and cell survival under aerobic condition, the availability of type II CRISPR/Cas system for genetic modification in L. lactis was further verified. This study constructs a novel targeted genome editing technology, which could be applied for genetic modification and metabolic pathway optimization in lactic acid bacteria.
对基因组进行定点敲除、插入和替换是研究基因功能和代谢工程的重要手段,但是传统的乳酸菌基因组修饰工具存在效率低、实验周期长、表型不稳定等缺陷。II型CRISPR/Cas系统是目前建立的一种新型基因组编辑工具,已经成功的应用于原核和真核生物的基因组靶向修饰。本项目拟利用这种系统的关键元件Cas9、sgRNA,构建重组表达质粒pGCs,建立乳酸乳球菌基因组靶向编辑平台;以绿色荧光蛋白为报告基因,对基因组打靶,通过检测荧光值及基因的转录水平,确定荧光蛋白的定点插入效率及最优打靶条件;在此基础上,利用源自枯草芽孢杆菌的血红素合成基因簇(hemeALBCD、hemEY)分步打靶基因组,分析菌株血红素合成能力与有氧条件下的生物量及细胞存活性,进一步证明II型CRISPR/Cas系统对乳球菌基因组定向编辑的有效性,建立新型的乳酸菌基因组靶向编辑技术,为乳酸菌的遗传改造和代谢途径优化提供高效准确的操作工具。

结项摘要

乳酸菌是重要的工业菌株,同时也是动物体内的正常菌群。对乳酸菌代谢改造和新功能的开发需要对其基因组进行编辑,然而传统操作体系存在效率低、突变表型不稳定的缺陷,亟待开发高效的遗传操作工具。因此本研究以CRISPR/Cas9系统在乳酸菌中的适用性为出发点,结合原噬菌体同源重组系统、Cre/loxP位点特异性重组系统开发了一系列可用于乳酸乳球菌和干酪乳杆菌基因组靶向突变、基因删除和插入的工具盒。.首先,将CRISPR/Cas9系统的关键元件在乳酸乳球菌和干酪乳杆菌中重组表达并打靶多个基因组位点,建立乳酸菌基因组打靶平台;结合原噬菌体重组酶RecT高效的在乳酸乳球菌NZ9000中完成目的基因的定点突变、小于100bp片段无痕删除和34bp loxP序列的插入。鉴定新型的同源重组系统LCABL_13040-50-60,结合Cre/loxP位点特异性重组工具完成干酪乳杆菌基因组的点突变、小片段删除及绿色荧光蛋白基因的插入。利用Cre/loxP位点特异性重组工具建立大片段DNA插入体系,完成血红素合成基因簇在乳球菌基因组上的靶向插入。基于苯丙氨酸tRNA合成酶α亚基的构建乳酸菌反向筛选系统,提高同源重组和无缝突变的效率。以上为乳酸菌的遗传改造提供高效准确的新型基因组编辑工具。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Identifcation and functional analysis of potential prophage-derived recombinases for genome editing in Lactobacillus casei
用于干酪乳杆菌基因组编辑的潜在原噬菌体衍生重组酶的鉴定和功能分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    FEMS Microbiology Letters
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Yongping Xin;Tingting Guo;Yingli Mu;Jian Kong
  • 通讯作者:
    Jian Kong
Development of a counterselectable seamless mutagenesis system in lactic acid bacteria
乳酸菌可反选择无缝诱变系统的开发
  • DOI:
    10.1186/s12934-017-0731-8
  • 发表时间:
    2017-07-05
  • 期刊:
    Microbial Cell Factories
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Xin Y;Guo T;Mu Y;Kong J
  • 通讯作者:
    Kong J

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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