合成生物学自动化装置iBioFoundry的构建与应用

合成生物学是一门关于设计、改造和重新合成生命的交叉融合性学科。它以工程化理念对生物体进行有目标的设计、改造,使其拥有满足人类需求的生物功能,甚至创造新的“人造生命”。由于生命体的高度复杂性,为达预定目标往往需要进行大量人工试错性实验,导致研究成本高、进展缓慢。随着自动化合成生物技术的不断发展,目前全球各地有多个合成生物自动化设施已建成或在建中。本文从建设背景、设计构建、科研项目运行和应用前景等方面对浙江大学杭州国际科创中心建设的合成生物学自动化装置iBioFoundry进行介绍,通过大肠杆菌工程菌的批量构建和酶的定向进化及筛选案例对实验自动化方案制定、实验流程程序编写和上机运行的过程做简要描述和分析,并就装置耗材存储空间的分配、多实验任务并行和实验流程标准化建设等装置建设过程的一些思考做经验分享。合成生物学自动化装置可以帮助研究人员大幅提高实验效率,装置产生的大量高质量数据结合信息技术,有望高通量、低成本、多循环地实现合成生物学研究中“设计-构建-测试-学习”的自动化运行,加速合成生物学在基础及诸多应用领域的研究效率。

谷氨酸棒杆菌中基于CRISPR/Cas9的多位点碱基编辑系统的优化

作为新型的基因组编辑工具,碱基编辑技术结合了CRISPR/Cas系统的定位功能和碱基脱氨酶的编辑功能,可实现特定位点的碱基突变,具有不产生双链DNA断裂,无需外源模板且不依赖染色体DNA同源重组的优势。目前,研究者们已在重要的工业生产菌株谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)中开发了多种碱基编辑工具,并实现了两基因和三基因的同时编辑。文中针对谷氨酸棒杆菌中基于CRISPR/Cas9的多位点碱基编辑系统中存在的不足(多重sgRNA结构烦琐、重复序列干扰、更换靶点困难等),采用多种策略进行优化,并比较碱基编辑效率:首先优化基于单独启动子/终止子的多重sgRNA表达框,通过构建框架质粒,并结合Golden Gate连接方法,加速靶点更换,避免重复序列干扰,虽然该方法sgRNA结构烦琐,但编辑效率最高;同时,开发基于Type CRISPR crRNAⅡ阵列、tRNA加工的多重gRNA表达框,这两种形式均只需要一个启动子和一个终止子序列,极大地简化了表达框结构,虽然编辑效率均出现下降,但仍具有一定的实用性。该研究丰富了谷氨酸棒杆菌的基因组编辑工具,为该菌株的遗传改造提供了更多的技术支持。