微生物学杂志2024,Vol.44Issue(6) :1-14.DOI:10.3969/j.issn.1005-7021.2024.06.001

基于CRISPR-Cas系统的微生物基因编辑与调控技术

Gene Editing and Regulation Technology for Microorganisms Based on the CRISPR-Cas System

刘嵘明 谭慧萍 王晴晴 张皓喃 孜力汗 梁丽亚
微生物学杂志2024,Vol.44Issue(6) :1-14.DOI:10.3969/j.issn.1005-7021.2024.06.001

基于CRISPR-Cas系统的微生物基因编辑与调控技术

Gene Editing and Regulation Technology for Microorganisms Based on the CRISPR-Cas System

刘嵘明 1谭慧萍 1王晴晴 1张皓喃 1孜力汗 1梁丽亚1
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作者信息

  • 1. 大连理工大学 生物工程学院,辽宁 大连 116024;大连理工大学 智能生物制造教育部重点实验室,辽宁 大连 116024
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摘要

CRISPR-Cas系统的基因编辑与调控技术为原核和真核微生物的遗传改造提供了高效且精确的工具,显著提升了工业底盘细胞的生产能力和多样性.在原核微生物中,大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、谷氨酸棒杆菌等工业重要菌株通过CRISPR-Cas系统实现了代谢网络的重构和多基因位点的精确编辑,显著优化了细胞工厂的生产性能.在真核微生物中,酿酒酵母、毕赤酵母、解脂耶氏酵母等模式生物也得益于CRISPR-Cas系统的发展,尤其是CRISPR-Cas9、CRISPR-Cas12a和碱基编辑工具等在基因组精确编辑和调控中的应用,实现了代谢途径的高效优化.高通量基因组编辑技术,如CHASE、CREATE、iCREATE等,结合了CRISPR-Cas系统的强大工具,能够同时对多个基因进行编辑和调控,加速了对复杂表型的优化和代谢网络的解析.本文总结了CRISPR-Cas系统在原核、真核微生物中的应用及其高通量基因组编辑技术的发展,展望了这些技术在工业微生物细胞工厂构建中的潜在应用.

Abstract

The CRISPR-Cas system has revolutionized genetic modification in both prokaryotic and eukaryotic micro-organisms,boosting the capabilities of industrial cell factories.Notable strains like Escherichia coli,Bacillus subtilis and Corynebacterium glutamicum in prokaryotes,and Saccharomyces cerevisiae,Pichia pastoris and Yarrowia lipolytica in eukaryotes,have undergone metabolic network reconstruction and precise gene editing,enhancing production effi-ciency.Advanced tools like CRISPR-Cas9,CRISPR-Cas12a and base editors have streamlined metabolic pathway op-timization.High-throughput editing technologies such as CHASE,CREATE and iCREATE in conjunction with CRISPR-Cas,allow for simultaneous multi-gene editing,speeding up the development of complex phenotypes and met-abolic network analysis.This summary highlights the CRISPR-Cas system's role in microbial modification and its po-tential in shaping the future of industrial microbial cell factory construction.

关键词

CRISPR-Cas系统/微生物/基因编辑/碱基编辑/代谢网络/高通量基因组编辑/细胞工厂

Key words

CRISPR-Cas system/microorganisms/gene editing/base editing/metabolic network/high-throughput genome editing/cell factory

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出版年

2024
微生物学杂志
中国微生物学会 辽宁省微生物学会 辽宁省微生物科学研究院

微生物学杂志

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:0.964
ISSN:1005-7021
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