JMT日本医疗——研发新技术“TAQing 2.0”，无需外源引入遗传物质就可改善基因组②

点击量：51   日期：2022-03-15 11:11    编辑：JMT日本医疗

内容

自古以来，人类就利用有性生殖的机制来获取对人类有用的品种。在交配育种中，DNA（基因组DNA）被改变并获得有用的性状，而无需从外部引入基因。此时，基因组DNA的变化需要时间通过代际变化，因此存在一个根本问题，即改进生物体需要很长时间。此外，交配育种不能用于失去有性生殖功能的生物，需要大量的时间和精力通过放射和药物治疗来获得有用的性状。借助新开发的TAQing 2.0技术，已成功克服了这些问题。

该研究团队迄今已开发出TAQing技术，这是一种诱导基因组重排的技术（Muramoto et al., Nature Commun. 2018）。在这项技术中，DNA切割酶被引入酵母细胞和植物（拟南芥）细胞，同时切割细胞内的DNA。结果表明，这会诱导基因组 DNA 的大规模重排，这可以迅速改善有用的性状，例如生物乙醇发酵性能。然而，在最初的TAQing技术中，需要使用质粒DNA等从外部导入DNA切割酶的基因。因此，在实际应用中存在不能应用于尚未建立基因转移系统的物种、必须将获得的突变株作为转基因生物处理等问题。

在本实验中，使用了失去性繁殖力的工业酵母菌的细胞。将具有特定DNA序列的酶（限制性内切酶（注4），如TaqI和MboI）与通用的透膜肽混合，在缓冲液中作用于酵母细胞，诱导细胞内。基因组 DNA 切割和大规模基因组重排（图 1）。通过检查各种条件和优化细胞前培养的时机、缓冲条件等（盐浓度、缩小pH范围、使用两性离子缓冲液等），可以在维持细胞壁的同时维持各种条件。同时，我们还开发了一种将蛋白质和酶快速输送到酵母细胞中的方法。通过使用该技术，获得了具有内聚性等表型变化的多个突变菌株。当使用单分子DNA测序仪等对获得的突变株进行全基因组分析时，还获得了在实际引入的DNA切割酶的切割序列位点发生基因组重排的证据）。在实现这一结果的过程中，研究人员还成功准确地确定了圆酵母的全基因组序列，目前已经大致阐明了这一点。

图1 TAQing 2.0系统概述

在传统的TAQing系统中，将含有限制性内切酶基因的质粒DNA导入细胞内并在细胞内表达，在细胞内部分诱导DNA的切割。在 TAQing 2.0 中，纯化的限制性内切酶蛋白与膜渗透肽混合并直接递送到细胞中。因此，可以在不掺入外源DNA的情况下诱导基因组重排。此外，它可以很容易地应用于尚未建立基因表达系统的生物体，扩大了应用范围。

图2 TAQing 2.0生产的圆酵母突变株​（左上，野生株；右上，突变AG4）的显微图像（比例尺：5 µm）和染色体组成（下部示意图）。

通过这次研发的方法，任何蛋白质都可以被引入细胞，同时保持细胞壁，如图所示。将 TAQing 2.0 应用于圆酵母时，可以很容易地获得具有改变表型的细胞系，例如内聚性和抗逆性。在照片所示的 AG4 中，染色体 I 和染色体 IV 之间发生易位（染色体断裂/重组）。已经表明，DNA切割酶的识别序列存在于易位切割点。

研究团队将这种改进的技术命名为TAQing 2.0，目前正在将其应用扩展到其他物种。 TAQing2.0预计将有助于扩大具有新有用性状的生物的育种可能性和寻找新的抗生素。

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