近日，生物工程学院智能生物制造教育部重点实验室基因编辑与合成生物工程研究室刘嵘明教授团队在合成生物学领域取得重要进展。相关成果以“自迭代正交碱基编辑平台实现大肠杆菌多位点N-to-N多样化与基因组尺度功能筛选”（A Self-Iterative Orthogonal Base-Editing Platform Enables Multiplex N-to-N Diversification and Genome-Scale Functional Screening in Escherichia coli）为题，发表于国际权威期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）。我校生物工程学院为论文第一完成单位，刘嵘明教授、梁丽亚副教授为论文通讯作者，2022级硕士樊祥瑞、梁丽亚副教授为共同第一作者。

碱基编辑能够在不引入DNA双链断裂和外源供体模板的情况下实现基因组碱基定点替换，但传统编辑器受限于碱基转换类型，难以在同一位点产生丰富的序列多样性。针对这一问题，团队开发了自迭代正交碱基编辑平台MUTATOR，通过胞嘧啶颠换碱基编辑器CWBEmini与腺嘌呤碱基编辑器ABE在DNA互补链上的协同作用，使前一轮编辑产生的碱基变化成为后续编辑的新底物，突破传统碱基编辑器转换类型受限的问题，实现“N-to-N”多样化编辑，使同一基因组位置能够获得A、T、C、G四种不同的碱基状态。

在代表性基因组位点的验证中，MUTATOR获得71种核苷酸变异和31种密码子状态，可编码17种氨基酸及终止密码子。进一步利用4条gRNA对全局转录调控蛋白OmpR的4个位点进行协同编辑，获得84种氨基酸组合和252种密码子组合，并筛选获得优势变体，使异丁醇产量由2.51 g/L提高至3.92 g/L，提升56.2%。在此基础上，团队构建了覆盖151个基因、包含4597条gRNA的基因组尺度MUTATOR文库，通过单基因及多基因组合编辑开展乙醇利用能力筛选，获得的优势突变株可在40 g/L乙醇条件下保持良好生长，培养72 h后生物量达到对照菌株的2.1–5.5倍。该研究将MUTATOR从单个位点的N-to-N碱基多样化拓展至多位点蛋白质进化和基因组尺度组合筛选，为蛋白质定向进化、复杂性状解析及工业微生物菌株创制提供了新的基因编辑工具。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校青年教师科研创新能力支持计划、“兴辽英才计划”项目、辽宁省自然科学基金、大连市科技创新基金等项目的支持。

原文链接：https://academic.oup.com/nar/article/54/15/gkag775/8757943