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微生物基因編輯實(shí)驗(yàn)
- 公司名稱 上海達(dá)為科生物科技有限公司
- 品牌 其他品牌
- 型號(hào)
- 產(chǎn)地
- 廠商性質(zhì) 生產(chǎn)廠家
- 更新時(shí)間 2025/6/30 14:15:50
- 訪問次數(shù) 36
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一、微生物基因編輯的定義與基本原理
微生物基因編輯指通過人工手段對(duì)細(xì)菌,、酵母等微生物的基因組進(jìn)行精確修改的技術(shù),,其核心原理是利用分子工具靶向定位目標(biāo)DNA位點(diǎn),誘導(dǎo)DNA雙鏈斷裂(DSB),,并利用細(xì)胞自身的修復(fù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)基因插入,、刪除或替換。該過程分為三個(gè)關(guān)鍵步驟:
靶向定位:使用向?qū)NA(sgRNA)或特定蛋白(如鋅指蛋白)識(shí)別目標(biāo)DNA序列,。CRISPR-Cas9系統(tǒng)通過sgRNA與目標(biāo)DNA的互補(bǔ)配對(duì)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位,,且需鄰近PAM序列(如Cas9依賴5'-NGG-3')。
DNA切割:核酸酶(如Cas9)在靶點(diǎn)切割DNA形成雙鏈斷裂,。CRISPR-Cas9系統(tǒng)中,,Cas9的HNH和RuvC結(jié)構(gòu)域分別切割互補(bǔ)鏈與非互補(bǔ)鏈。
細(xì)胞修復(fù):
非同源末端連接(NHEJ) :易出錯(cuò),,導(dǎo)致隨機(jī)插入/缺失,,適用于基因敲除。
同源定向修復(fù)(HDR) :需供體DNA模板,,實(shí)現(xiàn)精確插入或替換,。
二、常用技術(shù)方法及迭代演進(jìn)
CRISPR-Cas9系統(tǒng)(主流工具):
優(yōu)勢(shì):操作簡(jiǎn)便,、成本低,、效率高,可多重編輯,。
流程:設(shè)計(jì)sgRNA→與Cas9蛋白組裝→導(dǎo)入微生物細(xì)胞→切割靶DNA→修復(fù)機(jī)制啟動(dòng),。
變體改進(jìn):
高保真Cas9:減少脫靶效應(yīng)(如SaCas9識(shí)別罕見PAM序列NNGRRT)。
堿基編輯器(BE) :融合脫氨酶與nCas9,,實(shí)現(xiàn)C→T或A→G單堿基替換,,無需DSB。
先導(dǎo)編輯(Prime Editing) :nCas9-逆轉(zhuǎn)錄酶融合體,,通過pegRNA模板直接寫入新序列,,精度更高,。
早期編輯工具:
鋅指核酸酶(ZFNs) :鋅指蛋白識(shí)別DNA,F(xiàn)okI核酸酶切割,。設(shè)計(jì)復(fù)雜且成本高,。
TALENs:轉(zhuǎn)錄激活因子識(shí)別DNA,F(xiàn)okI切割,。靈活性優(yōu)于ZFNs,,但仍需蛋白工程。
新興技術(shù):
Retron與CRISPR聯(lián)用:利用逆轉(zhuǎn)錄子產(chǎn)生ssDNA模板,,結(jié)合CRISPR實(shí)現(xiàn)多位點(diǎn)同步編輯,。
CRISPR-FrCas9堿基編輯器:寬PAM兼容性(如5'-NRN-3'),、無堿基偏好性,,適用于非模式微生物。
三,、應(yīng)用場(chǎng)景與典型案例
1. 工業(yè)生物技術(shù)
生物制造:
大腸桿菌敲除競(jìng)爭(zhēng)途徑基因,,提高生物燃料產(chǎn)量。
hei曲霉(Aspergillus niger)刪除pyrG,、gluF等基因,,提升有機(jī)酸和蛋白產(chǎn)量。
米曲霉(Aspergillus oryzae)編輯ecdR基因,,產(chǎn)物增產(chǎn)10-20%,。
環(huán)保領(lǐng)域:設(shè)計(jì)合成微生物群落降解重金屬,如利用CRISPR編輯擬桿菌BT2086基因,。
2. 農(nóng)業(yè)革新
固氮微生物工程:編輯微生物基因使其持續(xù)固氮(如Pivot Bio的PROVEN® 40產(chǎn)品),,田間試驗(yàn)可替代40磅/英畝合成氮肥,減少污染,。
作物保護(hù):根霉(Rhizopus arrhizus)通過RNA干擾技術(shù)降低毒素生成,,減少宿主損傷。
3. 醫(yī)學(xué)與健康
藥物生產(chǎn):絲狀真菌(如Mucor circinelloides)突變crgA基因,,增加類胡蘿卜素產(chǎn)量用于藥物合成,。
抗感染研究:改造微生物增強(qiáng)唑類藥物敏感性,對(duì)抗真菌感染,。