云上高博会

一种基因工程红球菌及其构建方法与应用

1. 痛点问题红球菌是具有高抗逆性（耐有机溶剂、耐高温、耐酸碱）的特殊放线菌，日本30年前首先使用红球菌高效催化丙烯腈水合生产丙烯酰胺——其聚合产物广泛用于石油开采、水处理、土壤改良剂等领域——迄今为止仍是工业生物技术领域最成功的案例之一。开发红球菌基因编辑方法，一方面可以实现红球菌细胞自身性能的按需调控（如敲除副产物基因），解决丙烯酰胺、丙烯酸铵等酰胺、羧酸类大宗/精细化学品生产中的高成本和高排放问题，另一方面有望以红球菌细胞为普适性宿主，高表达各种外源功能酶，从而实现重组红球菌全细胞催化技术的普遍应用，尤其是解决手性医药中间体现有制备工艺中路线长、工艺复杂、原子经济性差、环境污染严重等各种主要问题。但是，作为一种革兰氏阳性放线菌，红色红球菌存在基因组中GC含量高、基因转化率低、非法重组严重等问题，基因组改造困难。目前红色红球菌基因组改造主要依赖于自杀质粒介导的同源重组，但自杀质粒转化效率和单交换成功率很低，正确编辑率更低。因此，迫切需要开发高效的红球菌基因组编辑工具。 2. 解决方案本技术核心成果是一种基于CRISPR（成簇规律间隔短回文序列）-Cas9（DNA剪切蛋白）技术的红色红球菌基因组高效编辑方法。该技术通过红色红球菌特有启动子及质粒元件，首先实现了Cas9蛋白在红色红球菌中的表达及切割功能；其次成功规避了红球菌的限制修饰系统，将红色红球菌基因转化效率提高了80多倍；接下来，又通过红球菌重组酶的引入，显著提高了外源基因在红色红球菌中的同源重组效率，最终率先成功建立红色红球菌的CRISPR/Cas9基因编辑系统，不仅可以实现基因组上目标基因的敲除、替换和改造，也可实现多个基因的同时敲除以及无痕叠加敲除，为红球菌全细胞催化平台技术开发及其在化学品绿色先进制造中的应用奠定了坚实基础。合作需求开展合作开发、技术许可等，寻求有志于生物制药、生物合成、石油开采、日化洗涤等不同应用领域进行红球菌全细胞催化法生产目标产品的企业合作，尤其是在上述不同领域具有生产和销售优势或经验的企业。

清华大学 2021-12-16