ローリー – これを CRISPR の難問と呼んでください。
細菌は、ウイルスなどの敵からの攻撃に耐えるために、適応免疫システムとして CRISPR-Cas システムを使用します。これらのシステムは、さまざまな生物の特定の遺伝子コード配列を除去または切断して置換するために科学者によって応用されてきました。
[CRISPR-Cas 国立衛生研究所によると、これはほとんどの細菌や古細菌に存在する適応免疫システムであり、ファージ、ウイルス、その他の外来遺伝要素による感染を防ぎます。]
ロドルフ・バラングー (NCSU 写真)
しかし、ノースカロライナ州立大学の研究者らは、新しい研究で、CRISPR-Casシステムで作られたウイルスが細菌の防御を妨害し、たとえ他の細菌が近くにいたとしても、標的の細菌に選択的変化をもたらすことができることを示した。
「ウイルスはペイロードを配信するのが非常に得意です。ここでは細菌ウイルス、バクテリオファージを使用してCRISPRを細菌に届けますが、細菌は通常ウイルスを殺すためにCRISPRを使用するので、これは皮肉なことです。」 ロドルフ・バラングー、ノースカロライナ州立大学の食品、生物処理および栄養科学のトッド R. クラエンハマー特別教授であり、本日発表された研究を説明する論文の責任著者です。 米国科学アカデミー紀要。 「この場合のウイルスのターゲットは、 E. 大腸菌の DNAをそれに届けることによって。ウイルスを注射器として使うようなものです。」
ノースカロライナ州立大学の研究者らは、標的を絞った編集のために CRISPR-Cas ペイロードを送達するために 2 つの異なる操作されたバクテリオファージを導入しました。 E. 大腸菌の最初は試験管内で、次に土壌を模倣して作成された合成土壌環境内で行われます。この環境は、多くの種類の細菌が存在する可能性がある複雑な環境です。
T7 とラムダと呼ばれる遺伝子操作されたバクテリオファージは両方とも、ペイロードを見つけることに成功し、ペイロードを細胞に届けました。 E. 大腸菌の 研究室のベンチにいるホスト。これらのペイロードは細菌の蛍光遺伝子を発現し、抗生物質に対する細菌の耐性を操作しました。
次に、研究者らはラムダを使用して、いわゆるシトシン塩基エディターを E. 大腸菌の ホスト。 CRISPR が時々 DNA 配列を激しく切断するのではなく、この塩基エディターは、配列の 1 文字だけを変更しました。 大腸菌'■ DNA。システムの感度と精度を示します。これらの変化は、細菌に他の変化を加えることなく、特定の細菌遺伝子を不活性化しました。 E. 大腸菌の.
「ここでは、遺伝子のプログラム可能なオン/オフ スイッチのようなベース エディターを使用しました。 E. 大腸菌の。このようなシステムを使用すると、CRISPR-Cas ターゲティングに一般的に伴う二本鎖 DNA 切断を起こすことなく、ゲノムに非常に正確な 1 文字の変更を加えることができます」と元ノースカロライナ州立大学博士課程のマシュー・ネザリー氏は述べた。研究の学生であり筆頭著者。
最後に、研究者らは、土壌環境を模倣するために液体とともに砂と石英の合成土壌培地を充填した加工生態系 (EcoFAB) を使用して、現場で編集することを実証しました。研究者らはまた、ファージが特異的に位置を特定できるかどうかをテストするために、3つの異なる種類の細菌も含めました。 E. 大腸菌の システム内で
「研究室では、科学者は物事を単純化しすぎることがあります」とバラングー氏は言う。 「環境をモデル化することが望ましいため、試験管の中のスープではなく、現実の環境を調査したいと考えました。」
研究者らはラムダを捏造したエコシステムに挿入した。検索効率が良いことが示されました E. 大腸菌の そして標的を絞った遺伝子変化を起こします。
エネルギー省ローレンス・バークレー国立研究所の科学者トレント・ノーセン氏は、「この技術により、私たちのチームやその他のチームは、EcoFABなどの高度に制御された実験室環境内で、植物や他の微生物との重要な細菌相互作用の遺伝的基盤を発見できるようになるだろう」と述べた。 (バークレー研究所) Barrangou と共同研究しています。
「私たちはこれがマイクロバイオームを助けるメカニズムであると考えています。特定の細菌に変更を加えれば、マイクロバイオームの残りの部分は無傷のまま残ります」とバラングー氏は語った。 「これは、あらゆる複雑な微生物群集に適用できる概念実証であり、植物の健康と胃腸管の健康、つまり食品と健康にとって重要な環境の改善につながる可能性があります。
「最終的に、この研究は、ウイルスを使用して複雑な環境で CRISPR 機構を配信するという、CRISPR 配信の次の章を表しています。」
研究者らは、他の土壌関連細菌を使ってファージCRISPR技術をテストすることで、この研究をさらに進めることを計画している。重要なのは、これは、持続可能な農業にとって幅広い関心である植物の成長を促進し、植物の健康を促進する方法を理解するために、人工の生態系における植物に関連する細菌の組成と機能を制御するために土壌微生物群集をどのように操作できるかを示していることです。
資金は、ローレンス・バークレー国立研究所が主導し、契約番号 02 に基づいて米国エネルギー省の支援を受けた科学重点領域である m-CAFEs 土壌微生物群集分析および機能評価によって提供されました。 DE-AC05-11231CHXNUMX。カリフォルニア大学バークレー校および革新的ゲノミクス研究所を含む共同研究による。この論文の共著者には、ネザリー氏、元ノースカロライナ州博士研究員クラウディオ・イダルゴ＝カンタブラナ氏、ノースカロライナ州立大学院生エイブリー・ロバーツ氏が含まれる。
（C）NCSU
