谷氨酸棒杆菌是一个重要的氨基酸生产菌株，其氨基酸产量每年超过 400 万吨，近年来被广泛用于生产各种天然和非天然产物，预计到 2020 年其发酵产品市值可达 204 亿美元。传统的工业菌株主要依赖长期的理化诱变及筛选获得，基因组水平实现快速、高效的理性编辑依然是谷氨酸棒杆菌代谢工程改造的难点。
近日，中国科学院天津工业生物技术研究所系统与合成生物技术研究团队开发了谷氨酸棒杆菌的 CRISPR/Cas9 基因组编辑工具。该研究通过重构 Cas9 和 gRNA 的表达盒，解决了 Cas9 毒性和 gRNA 自身转录终止子无法终止的问题，在谷氨酸棒杆菌中实现了基于 CRISPR/Cas9 的高效反向筛选；采用共转化 Cas9 和 gRNA 表达质粒避免了 cas9 基因的高频突变，成功实现质粒提供模板的高效基因编辑，敲除和插入效率分别高达 60% 和 62.5%，可简化操作并节省时间。此外，该研究团队开发了 CRISPR/Cas9 和 RecT 介导的 ssDNA 重组技术，可以在基因组上精确地引入小范围突变及单碱基突变，单位点编辑效率超过 80%，双位点编辑效率高达 40%。该编辑工具在模式菌株谷氨酸棒杆 ATCC 13032 等多株谷氨酸棒杆菌中具有普适性，可以显著提升谷氨酸棒杆菌的代谢工程改造水平，促进其作为工业底盘生产各种生物基化学品和生物燃料。
相关研究成果发表于 Microb Cell Fact。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院重点部署项目、天津市特支计划项目的资助。
