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記者2月20日從中國科學院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱中科院青島能源所）獲悉，該所與德國弗萊堡大學相關(guān)團隊合作，證實V-K型CRISPR相關(guān)轉(zhuǎn)座酶（CAST）基因編輯系統(tǒng)在原生宿主藍細菌中受控于一類新型MerR-type轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子CvkR，揭示了CAST基因編輯系統(tǒng)的內(nèi)源轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制。該研究對CAST系統(tǒng)原型工作模式的認識和基因編輯工具的開發(fā)優(yōu)化具有重要意義，相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》。

CRISPR-Cas基因編輯技術(shù)是本世紀頗具影響力的顛覆性創(chuàng)新技術(shù)，其發(fā)明者榮獲2020年諾貝爾化學獎。當前已開發(fā)CRISPR-Cas基因編輯工具多依賴于靶點DNA雙鏈切割，并需借助宿主自身的同源重組或者非同源末端連接DNA修復ST系統(tǒng)實現(xiàn)基因編輯，故該項技術(shù)存在脫靶效應和編輯效率低等瓶頸問題，限制了其在人類疾病治療等關(guān)鍵領(lǐng)域的應用。開發(fā)更高效精準的、無需DNA雙鏈斷裂的基因編輯工具是該領(lǐng)域亟待解決的問題。

CAST系統(tǒng)可借助轉(zhuǎn)座機制而非DNA雙鏈斷裂實現(xiàn)基因的靶向整合插入，在精準、多重、無痕編輯及大片段刪除、插入等方向表現(xiàn)出巨大應用潛力，引起領(lǐng)域內(nèi)多個頂尖團隊的重點關(guān)注，但研究方向尚局限于其基因編輯能力的應用探索和核心組分蛋白結(jié)構(gòu)的解析，對其內(nèi)源調(diào)控機理知之甚少。

中科院青島能源所與德國弗萊堡大學相關(guān)團隊合作，選擇了一類可以進行遺傳操作的絲狀藍細菌魚腥藻PCC 7120作為研究模式。基于全局性生物信息學分析，研究團隊證實CvkR基因在藍細菌CAST系統(tǒng)中廣泛存在，并通過遺傳學分析證實CvkR在原生宿主中抑制CAST核心組分的表達。研究還借助生化實驗，深度解析了CvkR靶標啟動子的序列特征。研究人員介紹，該研究為未來新型位點特異性轉(zhuǎn)座型基因編輯工具的開發(fā)奠定了重要的理論基礎(chǔ)。