产甲烷古菌中CRISPR簇的研究

【目的】通过对51个产甲烷古菌基因组中成簇的规律间隔短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)的组成和来源进行研究,推测产甲烷古菌与环境中其他微生物的物质交换和相互作用,在基因组水平上阐述产甲烷古菌之间的遗传差异。【方法】利用CRISPRdb和CRISPRFinder,找出产甲烷古菌基因组中所有潜在的CRISPR簇。对CRISPR簇的基本组成部分进行分析:利用BLASTCLUST对重复序列(Repeat)进行分类;分别将间隔序列(Spacer)与Refseq病毒基因组、Refseq质粒基因组和Refseq产甲烷古菌基因组进行比对,从而获得间隔序列的物种来源和功能信息的注释。【结果】在51个产甲烷古菌中共找到了196个CRISPR簇,这些CRISPR簇中包含了总共4 355条间隔序列。在这些产甲烷古菌中,CRISPR簇的分布是不均匀的,且每个物种的间隔序列数量与其CRISPR簇数量是不成正比的。在对重复序列进行分类之后,发现Mclu1是分布最广且最具代表性的一类重复序列。在4 355条间隔序列中有388条具有物种注释信息,266条具有功能注释信息。从CRISPR簇间隔序列的来源来看,产甲烷古菌曾受到来自Poxiviridae、Siphoviridae以及Myoviridae属病毒的攻击,并且产甲烷古菌之间存在比较广泛的遗传物质交换。【结论】产甲烷古菌基因组中的CRISPR簇在组成和来源上存在较大的差异,这些差异与它们的生存环境有较大的关系。从CRISPR簇的角度阐述了产甲烷古菌之间基因组序列的差异。

空肠弯曲菌中规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR)的检测与结构分析

规律成簇间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)是近年在原核生物中发现的针对噬菌体等外源遗传物质的干扰而进化出的获得性和可遗传性生物免疫系统。因其序列的高度多态性及携带遗传信息的可追溯性,成为分子分型方法的理想位点。本研究对江苏地区分离的86株空肠弯曲菌基因组进行CRISPR结构的检测和分析。结果表明:36%的菌株基因组含有CRISPR结构,32株含有确定CRISPR结构的菌株均只含有1个CRISPR结构,CRISPR序列长度范围为92～366 bp;重复序列与数据库中出现频率最高的重复序列一致;识别到的间隔序列共111条,共分为17种类型,有10种类型的间隔序列与CRISPR DB数据库中公布的一致,有7种间隔序列为新报道的间隔序列,共55条,占总间隔序列的49.5%。通过同源性比对发现,间隔序列除与来自同属同种的质粒或噬菌体具有同源性外,有些还与其他致病菌的质粒或噬菌体具有同源性,这种现象说明空肠弯曲菌与其他致病菌可能存在基因的水平转移等信息交流方式。另外,通过CRISPR结构间隔序列的多样性,可以将38株空肠弯曲菌野生菌株分为5种不同的谱型。研究结果为空肠弯曲菌利用CRISPR结构进行分型和溯源提供数据基础。

CRISPR/Cas系统的核酸检测及其在食品安全快速检测中的应用

近年来,快速检测技术成为食品安全领域的一个重要研究方向。成簇规律间隔短回文序列(CRISPR)及CRISPR相关蛋白(Cas)组成的CRISPR/Cas系统因优越的靶向性而被广泛应用于核酸检测中。基于CRISPR/Cas系统的核酸传感器具有灵敏度高、特异性强、时效性快等优势,成为快检领域的研究热点,也推动了食品安全快速检测技术的发展。本文基于CRISPR/Cas系统进行综述,分析不同的CRISPR/Cas系统结合核酸技术在靶标检测中的应用情况,展望CRISPR/Cas核酸传感器在食品安全快速检测领域的未来研究方向,为研发基于此核酸传感器的新型检测方法提供参考。

CRISPR基因编辑技术的发展及应用

对基因组DNA进行自由编辑,一直是生物学家的梦想,随着CRISPR-Cas9这一强大基因编辑工具的发现及应用,这一梦想终于成真。起初,科学家发现Cas9、Cas12a及Cas12f等多种CRISPR-Cas系统可用于真核细胞DNA的编辑,随后,又陆续发现Cas13a、Cas13b及Cas13d等核酸酶靶向RNA分子。不仅如此,通过各种各样的改造,科学家还开发一系列新型CRISPR-Cas系统。这些人工改造的基因编辑系统比天然的CRISPR系统具有更高的DNA切割活性、更强的特异性以及更小的体积,它们形成了一个强大的工具集,可用于DNA序列的敲除、替换、表观遗传编辑甚至基因表达的激活和抑制。CRISPR基因编辑技术不仅是基因功能研究的强大工具,其在疾病治疗靶点的发现、病原体的核酸诊断与肿瘤等疾病的临床治疗方面也展现出巨大的潜力。当然,CRISPR技术在实际应用中仍然存在许多潜在的问题尚待解决,例如其在体内的高效递送,免疫原性和脱靶效应等。这些问题都将在本综述中展开讨论。相信随着CRISPR编辑技术的进一步改进,它将以更加完善和精确的方式在人类疾病的预防和治疗中发挥更大的作用。

CRISPR/Cas12系统在肿瘤检测中的应用

快速、灵敏、特异的检测方法对于提高肿瘤患者的生存率并改善预后至关重要。除了在基因编辑领域的贡献,近年来成簇规律间隔短回文重复序列(CRISPR)/CRISPR相关蛋白(Cas)系统以其特有的靶标核酸识别切割能力和反式切割活性为特点,已成为新一代核酸检测工具被广泛应用于病原体、肿瘤和转基因等检测领域。基于此,该文对CRISPR/Cas12系统原理及其在不同肿瘤标志物中的检测应用进展作一综述,并对其应用前景进行展望,以期为CRISPR/Cas系统更好地应用于肿瘤筛查和诊断提供参考及借鉴。

CRISPR-Cas基因编辑技术在微生物组工程中的应用

微生物组工程是对复杂微生物群落进行改造,在基因组、代谢组及群落生态结构等多个层次上实现微生物组的精准调控.成簇规律间隔短回文序列(CRISPR)及其相关蛋白(CRISPR-Cas)系统是近期发展迅速的高效基因编辑工具.本文回顾了微生物组工程领域CRISPR-Cas系统的重要研究工作,重点关注CRISPR-Cas系统在微生物组的基因编辑和生态调控方面的应用.针对CRISPR-Cas系统在微生物组工程领域的应用挑战,本文从外源DNA递送方式和基因表达调控元件两个方面总结了微生物组工程的关键辅助方法与发展趋势,展望了微生物组工程领域所面临的挑战与机遇.

CRISPR/Cas9技术在工业微生物中的应用

近年来,通过基因编辑技术对工业微生物底盘细胞改造从而获得的优良细胞工厂,促进了农业、医学、环境、能源等领域的可持续发展,提高了人民的生活水平。微生物底盘细胞的改造离不开基因编辑,作为现阶段主要的基因编辑技术,规律间隔成簇短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)/Cas9系统自被发现以来,依靠其低成本、高效率等编辑优点,被广泛用于工业微生物底盘细胞的改造。本文主要简述了以CRISPR/Cas9为基础而衍伸出的各种基因编辑技术,提出了常用的工业微生物对应底盘细胞的改造策略,以期为研究者在进行微生物底盘细胞改造时选择出合适的基因编辑方法。最后指出了CRISPR基因编辑技术面临的PAM位点的依赖性、脱靶效应和应用广泛性等问题。

CRISPR/Cas9系统在疾病模型和基因治疗中的应用

基因编辑技术的出现成功地改变了实验材料的基因序列,这为研究疾病的分子机理提供了极大的便利.然而,传统的基因编辑技术由于缺乏精确定位、随机性插入引起位置效应等原因而制约了其发展.随着规律成簇间隔短回文重复CRISPR(clustered regulatory interspaced short palindromic repeat)/CRISPR相关核酸酶Cas(CRISPR-associated nuclease)系统的出现,简便高效的基因编辑技术在疾病模型的构建,损伤基因的修复和功能性基因的研究中已得到广泛应用,产生了十分重要的影响.本文就CRISPR/Cas9系统的结构特点、作用机理以及近两年来在疾病模型构建和基因治疗中的应用进行综述,以便读者了解相关领域的研究进展.

利用pHDE-Cas9构建巨桉CTX基因家族CRISPR载体

【目的】利用高效基因编辑系统(p HDE-Cas9)构建巨桉细胞分裂素氧化酶/脱氢酶(CTX)基因家族规律成簇的间隔短回文重复(CRISPR)载体,为开展巨桉CTX基因家族功能验证研究打下基础。【方法】设计巨桉CTX基因靶位点和引物,扩增p CBC质粒上的目的片段,BsaⅠ酶切p HDE载体并与目的片段连接形成重组质粒,转化DH5α感受态细胞。提取单克隆进行菌液PCR初步验证、重组质粒PCR验证,挑选阳性克隆质粒进行测序分析,构建CTX基因家族CRISPR载体。【结果】重组质粒PCR鉴定及测序结果表明,重组载体序列无突变,与预期序列高度一致。成功构建了巨桉CTX基因家族p HDE-CTXA、p HDE-CTXB和p HDE-CTXC同源表达载体。【结论】利用p HDE-Cas9成功构建了巨桉CTX基因家族CRISPR载体,构建过程快速、高效,为桉树基因组定点编辑打下了基础,也可为其他桉树CRISPR/Cas9表达载体的构建提供借鉴。

基于CRISPR对大肠埃希菌O157∶H7的检测

目的基于成簇的规律间隔短回文重复序列（CRISPR）,建立对大肠埃希菌O157∶H7的新型检测方法。方法应用PCR扩增实验室保存的443株肠道细菌（310株非O157∶H7大肠埃希菌、35株大肠埃希菌O157∶H7、89株志贺菌和9株沙门菌）的CRISPR1和CRISPR2,并将PCR产物测序;提取CRISPR database数据库中（标准法）100株肠道细菌（47株非O157∶H7大肠埃希菌、5株大肠埃希菌O157∶H7、9株志贺菌和39株沙门菌）的CRISPR1和CRISPR2序列。使用CRISPR Finder在线软件分析PCR产物测序序列和CRISPR database数据库的CRISPR序列。Clustal X软件进行间隔序列比对。比较标准法和PCR扩增CRISPR两种方法检测大肠埃希菌O157∶H7的一致性。结果共分析543株肠道细菌,其中75.6%的非O157∶H7大肠埃希菌、75.5%志贺菌、91.7%沙门菌和95%O157∶H7大肠埃希菌含有CRISPR1,其间隔序列数目为3～26、2～9、2～32、3。57.1%的非O157∶H7大肠埃希菌、77.6%志贺菌、85.4%沙门菌和100%O157∶H7大肠埃希菌含有CRISPR2,其间隔序列数目为1～20、1～6、2～27、1或4个。95%的O157∶H7大肠埃希菌的CRISPR1和90%CRISPR2分别含有3条独特间隔序列（S1-1,S1-2,S1-3）和1条独特间隔序列（S2-1）。间隔序列比对结果显示,S1-1＋S1-2＋S1-3和S2-1检测O157∶H7大肠埃希菌的特异性分别是100%和99.6%。标准法检测和PCR扩增CRISPR1和CRISPR2检测大肠埃希菌O157∶H7的一致性分别达99.6%和99.3%。基于CRISPR检测大肠埃希菌O157∶H7在模拟样品中的应用,结果显示在原样品大肠埃希菌O157∶H7浓度约2.3CFU/mL时,经12h增菌后即能检测出来。大肠埃希菌O157∶H7聚类分析显示,40株O157∶H7大肠埃希菌可分为3类。结论基于CRISPR的大肠埃希菌O157∶H7的检测方法,可以作为监测大肠埃希菌O157∶H7感染和高毒株大肠埃希菌O157∶H7有价值的流行病学工具。

CRISPR/Cas技术及其在发酵菌株上的应用

发酵菌株的改良在发酵工业生产上通常是一项非常重要的内容,而传统的驯化模式周期长、效率低、稳定性差且成本高,很难满足工业化快速生产的要求。规律成簇间隔短回文重复Cas(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/Cas,CRISPR/Cas)是细菌及古生菌中的一种适应性免疫系统,在此系统上改进的基因编辑技术能实行RNA导向的DNA精准编辑。因而利用CRISPR/Cas基因编辑技术对菌株的快速构建和优化,是一条快速获得高产菌株的新途径。本文综述了CRISPR/Cas系统组成、工作原理、分类以及该技术在发酵菌株上的应用研究进展,并探索了该技术存在的问题以及目前的解决办法,最后对CRISPR/Cas技术在发酵工程上的潜力进行了展望。

一种靶向基因操作新技术——CRISPR/Cas

CRISPR/Cas系统是一种细菌在噬菌体长期选择压力下的获得性免疫系统。该系统是一段规律成簇间隔短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeat,CRISPR),具有保护细菌免遭外源DNA入侵的功能。该系统成功地被改造为第三代人工核酸内切酶,由于其突变效率高、制作简单及成本低的特点,目前已成功应用于人类细胞、干细胞、斑马鱼和小鼠以及植物的基因组精确修饰。CRISPR/Cas系统因其在结构上的特殊性以及功能上的特异性正逐渐成为整个生命科学研究领域的热点,被认为是一种具有广阔应用前景的基因组定点改造分子工具。回顾了CRISPR/Cas系统的研究历史,综述了近年来有关CRISPR系统的分类结构、作用机制以及最新应用进展,旨在为这一领域的科研工作提供参考。

CRISPR-Cas基因组改造技术研究进展

CRISPRs-Cas系统是一种细菌获得性免疫系统,为一段规律成簇间隔短回文重复,保护细菌和古生菌免遭病毒、质粒等的入侵。这种免疫系统是由一种小RNA和多结构域蛋白质/蛋白复合物构成,其作用机理可能与真核生物的RNA干扰过程类似。这个系统已发展为一种高效、特异、操作简单易行的基因修饰工具,与TALEN、ZFN相比,CRISPR-Cas系统的出现使得基因编辑变得更加有效和简易,具有更大的潜力。CRISPR/Cas系统已成功应用到细胞、干细胞、小鼠、斑马鱼及植物等多种生物,显示了其强大的基因编辑优点。综述了CRISPR-Cas系统的技术原理及其在生物学研究中的应用最新研究进展,并探讨了该技术的发展前景。

CRISPR/Cas9基因编辑系统在结直肠癌中的应用进展

结直肠癌(CRC)是常见的恶性肿瘤,在我国发病率有上升趋势。近年来,从基因水平研究结肠癌的发生、发展及预后,寻找更有效的治疗方法已成为热点。成簇规律间隔的短回文重复序列/CRISPR相关蛋白酶9(CRISPR/Cas9)已成为编辑生物体基因的一项有力工具。它首次在细菌和古生菌内作为适应性免疫系统的一部分被发现,CRISPR/Cas9已广泛用于编辑基因组以及激活或抑制基因的表达。因此,CRISPR/Cas9通过提供有效的技术来分析肿瘤发生机制,鉴定靶向基因药物,有望加快癌症研究。

CRISPR/Cas技术在乳酸菌中的研究进展

乳酸菌是重要的食品发酵剂,其传统的基因遗传操作技术为同源重组,该技术为后续的基因编辑工作奠定了基础,但是也存在操作繁琐、效率低等不足。成簇的规则间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)及其相关蛋白(CRISPR-associated protein,Cas)以其高效、便捷性推动了乳酸菌基因编辑的发展。该文综述了CRISPR的原理、分类,重点阐述了CRISPR操作系统在乳酸菌方面的应用。

CRISPR介导功能性核酸/蛋白的食品检测研究进展

成簇间隔的短回文重复序列(CRISPR)及其相关Cas蛋白是古细菌和细菌中应对外源核酸物质入侵的适应性免疫系统。当Cas蛋白识别靶标并进行切割后,会激活其反式切割活性,这为新型核酸检测平台的构建提供了新思路。功能性核酸/蛋白由于对其配体具有高特异性和高亲和力而广泛应用于食品检测中。简单介绍了CRISPR系统的分类和功能性核酸/蛋白的挖掘途径,概述了二者在食品检测中的作用机制,回顾了二者相结合在食品检测相关领域的研究进展,如,食源性致病菌、食品掺假、离子、食品防腐剂、农兽药/抗生素残留等。最后,探讨了基于CRISPR的技术和基于功能性核酸/蛋白检测的优缺点,分析了目前功能性核酸/蛋白作为元器件的局限性,展望了未来食品检测的新方向。

基于CRISPR/Cas9技术的基因敲入/敲除策略

成簇的规律间隔性短回文序列(CRISPR)基因编辑系统,因其设计简单操作方便和无种属限制,已成为一种广泛应用的基因组定点编辑工具,在复杂的基因组编辑,例如基因的人源化改造以及条件等位基因的构建中有所应用。在自然界中,CRISPR系统拥有多种类别。其中,CRISPR/Cas9系统是研究最深入、应用最成熟的一种。本文针对CRISPR/Cas9系统,分别从基因敲入/敲除片段的大小、同源臂长短、构型即递送方式等技术环节进行综述,阐述不同设计及操作条件下由CRISPR/Cas9系统介导的基因敲入/敲除的效率差异。

基于成簇的规则间隔短回文重复序列的严重急性呼吸综合征冠状病毒2检测的最新进展

严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)导致的新冠肺炎(COVID-19)迅速蔓延全球,给全球公共卫生系统带来了挑战。由于逆转录-定量聚合酶链反应(RT-qPCR)和抗原测试的普遍适用性和灵敏度较差,并且具有不同突变的SARS-CoV-2变体持续的出现,给疫情防控带来了更大的挑战,因此,高灵敏度、无需设备并且能够区分SARS-CoV-2变体的诊断方法亟须发展。基于成簇的规则间隔短回文重复序列(CRISPR)的诊断对设备要求低,具有可编程性、灵敏性和易用性,已经发展出多种核酸检测工具用于传染病的诊断,其在临床上具有巨大的应用潜力。文章聚焦于近期发表的基于CRISPR实现SARS-CoV-2检测和变体区分的最新技术,总结其特点并对其发展进行了展望。

应用CRISPR/Cas9基因编辑系统对HEK293细胞系TSC1基因稳定敲除效果的实验鉴定

目的利用成簇规律间隔短回文重复序列/成簇规律间隔短回文重复序列相关蛋白(clustered regularly interspaced short palindromic repeat/CRISPR-associated protein,CRISPR/Cas9)基因编辑系统在HEK293细胞系中对TSC1基因稳定敲除,并对其敲除效果进行鉴定。方法根据TSC1基因的序列设计sgRNA,将sgRNA克隆到载体lentilCRISPRv2上,将连接产物转化至Stbl3感受态细胞,对菌液进行测序鉴定。将鉴定成功的lentiCRISPRV2-sgTSC1质粒转染至HEK293细胞,加入嘌呤霉素进行筛选,挑选单细胞克隆进行PCR鉴定,选取条带单一的细胞株用Western blot鉴定TSC1基因的表达。结果成功构建lentiCRISPRV2-sgTSC1-1/2重组质粒,并利用该质粒完成对TCS1基因的定点切割,Western blot结果显示细胞中无TSC1表达。结论用CRISPR/Cas9系统成功构建TSC1基因敲除的稳定细胞株,为后续实验奠定了基础。

鼠伤寒沙门氏菌sopF基因缺失突变体的构建及调节宿主自噬功能研究

研究鼠伤寒沙门氏菌(S.typhimurium)sopF基因对细菌生理特性的影响及在感染巨噬细胞时的作用。应用CRISPR/Cas9系统对S.typhimurium sopF基因进行敲除,PCR扩增得到sg20片段和sopF上下游同源臂片段,利用重叠PCR连接3个DNA片段,并与pTargetF质粒连接后,获得敲除质粒pTargetF-sopF;将pCas与重组质粒PtargetF-sopF电转入S.typhimurium以敲除sopF基因。利用生长曲线测定确定sopF基因对细菌生长的影响,Western blot和免疫荧光试验研究该基因对细菌引起的宿主自噬的影响,CCK8检测该基因对细菌引起的细胞毒性影响。结果显示,S.typhimuriumΔsopF突变体构建成功,sopF基因的缺失并不影响S.typhimurium的生长,但在感染宿主细胞时,会诱导更强的细胞自噬反应,同时导致更弱的细胞毒性,说明sopF基因对S.typhimurium的毒力有影响,为后续用CRISPR/Cas9系统构建S.typhimurium突变体及研究sopF基因功能提供参考。