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CRISPR的前世今生:酸奶中的CRISPR

2015/01/08 来源:生物通/张迪
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导读
早在十年前,奶酪和酸奶制造商们其实就已经通过 CRISPR 生产能够更好抵御外来噬菌体的发酵材料。“这是一种非常有效的去除病毒的方法,”杜邦营养健康研发部主任Martin Kullen说,“CRISPR 一直被用于解决食物浪费的问题”。


两年前,一个缩写为CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,规律间隔成簇短回文重复序列)的基因编辑工具横空出世,席卷了许多实验室。而在这一系统被开发的数亿年前,细菌和古细菌就利用其非常精确的对几乎每个基因组中的任意序列进行精确修改了。

而且这也不是生物学家第一次利用到CRISPR 的作用。早在十年前,奶酪和酸奶制造商们其实就已经通过 CRISPR 生产能够更好抵御外来噬菌体的发酵材料。“这是一种非常有效的去除病毒的方法,”杜邦营养健康研发部主任Martin Kullen说,“CRISPR 一直被用于解决食物浪费的问题”。

发酵过程中噬菌体感染是乳制品生产过程中一直存在的问题,也是一个重要的问题。据世界著名的丹麦科汉森(Chr. Hansen)公司估计,全球大约有2%生产出来的奶酪都受到了噬菌体的攻击。这种感染还会减少牛奶发酵剂的酸化过程,导致奶油生产商产量锐减10%。

然而故事在本世纪初出现了转机:Philippe Horvath和Rodolphe Barrangou等人完成了嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)的测序,并首次引入了CRISPR的概念。

最初他们并不知晓CRISPR序列的作用,但是当研究人员完成了不同菌株的测序后,他们发现了 CRISPR 可能与噬菌体感染,以及随后的免疫防御有关。

在几年后,这一研究团队得出结论, CRISPR 序列确实能给予细菌噬菌体抗性,这篇文章发表在Science杂志上,研究人员指出细菌能从威胁它们的病毒上借遗传序列并将其结合到自己的基因组中,从而试图躲避病毒未来的进攻。这种独特的防御系统就包含了CRISPR重复遗传序列。

CRISPR片段在重复段之间有与威胁细菌的病毒序列类似的“间隔区”序列。从这项研究中,他们发现对乳制品生产很重要的嗜热链球菌能从进攻它们的病毒上获得新的间隔区序列。一段时间后,这些新的间隔区序列使细菌对病毒有免疫,可能是通过沉默病毒基因的表达。

杜邦公司对这一技术申请了不少专利,因此这样的细节都是保密的,但基本来说乳品生产商都已经知道了部分秘密,他们也会用这种方法来防止细菌受到攻击。

“CRISPR 并不是对抗噬菌体的唯一机制,但这是一个有效的方法,”Horvath说。通过分离这些“CRISPRized”细胞, 食品科学家能得到新的培养物,用于对抗多种病毒的侵袭。

杜邦于2007年开始进行这方面的研究。在2012年,该公司宣布了第一个CRISPR商业应用:制作披萨芝士。但是这种方法也并不是完美的,这种所谓的CRISPR逃避突变噬菌体(CRISPR-escape mutant phages)可以通过遗传突变,逃脱免疫的追击,改变DNA从而不再是匹配序列了。

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