科學家創造基因「手術刀」 讓微藻高效地將二氧化碳轉化為生物燃料

據外媒報道,單細胞藻類經過基因組「手術」,去除非必要的部分。這可以形成一個最高效的細胞工廠,利用陽光和二氧化碳生產可持續的生物燃料。中國科學院青島生物能源與過程研究所(QIBEBT)的研究人員從一種產油微藻中剝離出了大量的基因組,敲除了它發揮作用所必需的基因。通過這種方式,他們創造出了一把 「基因組手術刀」,可以快速、創造性地修剪微藻基因組。

科學家創造基因「手術刀」 讓微藻高效地將二氧化碳轉化為生物燃料

生產出的 「最小基因組 」微藻有可能成為進一步研究每一個基因的分子和生物功能的模型生物,或者作為合成生物學家的「底盤」菌株,用於增強生物燃料或生物塑料等生物大分子的定製生產。

該研究於3月14日發表在《植物雜志》上。

創建一個「最小基因組」–去掉所有重復或明顯無功能的「垃圾基因」的基因組–對於研究有關遺傳功能的基本問題和設計生產有價值化合物的細胞工廠非常有用。

這種最小的基因組已經為簡單的生物體創造了,但很少為真核生物體,包括藻類或植物創造。在高等真核生物中,「垃圾」區域可以占到基因組的70%。刪除看似只是 「垃圾基因」的東西,實際上會對生物體產生有害影響,甚至導致生物體死亡。

來自QIBEBT的研究人員首次為一種名為 “Nannochloropsis oceanica “的藻類製作了帶有定向刪除的基因組。

N. oceanica是一種微藻(單細胞藻類),在減少溫室氣體排放的同時,以可再生和可持續的方式生產生物燃料、生物材料和其他平台化學品,具有巨大的潛力。然而,要實現這些微藻的潛力,需要對生物體進行廣泛的基因工程,以最大限度地提高產量並降低生產成本。

QIBEBT團隊首先確定了非必要的染色體區域–那些基因很少被表達或激活的區域。他們確定了10個這樣的「低表達區」,或稱LERs。然後,他們使用CRISPR-Cas9基因編輯技術剪掉了其中兩個最大的LER–大小超過200千鹼基。

“盡管全部剪掉了,但微藻仍然表現出基本正常的生長、脂質含量、脂肪酸飽和度和光合作用,”研究第一作者、QIBEBT生物技術研究所單細胞中心(SCC)的王欽濤說。”在某些情況下,甚至比野生的生物體有略高的生長速度和生物量生產力。”

“我們有趣地發現,在30號染色體的端粒刪除突變體中,端粒是正常的,”QIBEBT的SCC的研究作者徐健說。”這一現象意味着染色體遠端部分的丟失可能會誘導端粒再生。”

已經,被大幅剪裁的基因組應該可以作為Nannochloropsis中一個更接近最小的基因組,它可以作為在這個「底盤」上使用進一步的代謝工程定製生產生物分子的「底盤」菌株。

現在,他們已經證明了他們可以將如此復雜的真核生物的基因組剝離出來,研究人員現在想看看他們是否可以進一步剪掉LER和其他非致命區域,以打造一個完全最小化的Nannochloropsis,以最高的效率從二氧化碳中製造生物燃料。

來源:cnBeta