롤리 – 이를 CRISPR 수수께끼라고 부르세요.
박테리아는 바이러스와 같은 적의 공격을 견디기 위해 CRISPR-Cas 시스템을 적응형 면역 시스템으로 사용합니다. 이러한 시스템은 과학자들이 다양한 유기체의 특정 유전자 코드 서열을 제거하거나 절단하고 대체하기 위해 적용되었습니다.
[CRISPR-Cas 국립 보건원에 따르면 대부분의 박테리아와 고세균에 존재하는 적응 면역 체계로, 파지, 바이러스 및 기타 외부 유전 요소에 의해 감염되는 것을 방지합니다.]
Rodolphe Barrangou (NCSU 사진)
그러나 새로운 연구에서 노스캐롤라이나 주립대학교 연구진은 CRISPR-Cas 시스템으로 조작된 바이러스가 박테리아 방어를 방해하고 다른 박테리아가 가까이 있을 때에도 표적 박테리아에 선택적인 변화를 일으킬 수 있음을 보여주었습니다.
“바이러스는 페이로드를 전달하는 데 매우 능숙합니다. 여기서 우리는 CRISPR를 박테리아에 전달하기 위해 박테리아 바이러스인 박테리오파지를 사용하는데, 이는 박테리아가 일반적으로 바이러스를 죽이기 위해 CRISPR를 사용하기 때문에 아이러니합니다.”라고 말했습니다. 로돌프 바랑구, NC 주립대학 식품, 생물공정 및 영양과학의 Todd R. Klaenhammer 특훈교수이자 오늘 출판된 연구를 설명하는 논문의 교신저자입니다. 과학 국립 아카데미의 절차. “이 경우 바이러스는 E. 대장균 DNA를 전달함으로써. 마치 바이러스를 주사기로 사용하는 것과 같습니다.”
NC 주립 연구진은 표적 편집을 위한 CRISPR-Cas 페이로드를 전달하기 위해 두 가지 다른 조작된 박테리오파지를 배포했습니다. E. 대장균먼저 시험관에 넣은 다음 토양을 모방하기 위해 만들어진 합성 토양 환경, 즉 다양한 유형의 박테리아가 서식할 수 있는 복잡한 환경에 넣습니다.
T7과 람다라고 불리는 조작된 박테리오파지는 모두 성공적으로 페이로드를 찾아 전달했습니다. E. 대장균 실험실 벤치에서 호스트. 이러한 페이로드는 박테리아의 형광 유전자를 발현하고 항생제에 대한 박테리아의 저항성을 조작했습니다.
그런 다음 연구원들은 람다를 사용하여 소위 시토신 기본 편집기를 제공했습니다. E. 대장균 주인. CRISPR가 때때로 DNA 서열을 가혹하게 절단하는 대신 이 기본 편집자는 DNA 서열의 한 글자만 변경했습니다. 대장균'시스템의 민감도와 정밀도를 보여주는 DNA. 이러한 변화는 다른 변화 없이 특정 박테리아 유전자를 비활성화시켰습니다. E. 대장균.
“우리는 여기서 기본 편집기를 유전자에 대한 일종의 프로그래밍 가능한 켜기/끄기 스위치로 사용했습니다. E. 대장균. 이와 같은 시스템을 사용하면 일반적으로 CRISPR-Cas 표적화와 관련된 이중 가닥 DNA 파손 없이 게놈에 매우 정확한 단일 문자 변경을 수행할 수 있습니다.”라고 전 NC 주립 박사였던 Matthew Nethery가 말했습니다. 연구의 학생이자 주요 저자.
마지막으로 연구자들은 토양 환경을 모방하기 위해 액체와 함께 모래와 석영의 합성 토양 매체가 탑재된 조작된 생태계(EcoFAB)를 사용하여 현장 편집을 시연했습니다. 연구원들은 또한 파지가 구체적으로 위치를 찾을 수 있는지 테스트하기 위해 세 가지 다른 유형의 박테리아를 포함했습니다. E. 대장균 시스템 내에서.
Barrangou는 "실험실에서 과학자들은 사물을 지나치게 단순화할 수 있습니다."라고 말했습니다. "환경을 모델링하는 것이 바람직하므로 시험관에 담긴 수프보다는 실제 환경을 조사하고 싶었습니다."
연구진은 조작된 생태계에 람다를 삽입했습니다. 찾는데 있어서 좋은 효율성을 보여주었습니다. E. 대장균 그리고 표적화된 유전적 변화를 만드는 것입니다.
"이 기술을 통해 우리 팀과 다른 사람들은 EcoFAB와 같이 고도로 통제된 실험실 환경 내에서 식물 및 기타 미생물과의 주요 박테리아 상호 작용의 유전적 기초를 발견할 수 있게 될 것입니다."라고 에너지부 로렌스 버클리 국립 연구소의 과학자인 Trent Northen은 말했습니다. (Berkeley Lab) Barrangou와 협력하고 있습니다.
“우리는 이것을 미생물군집을 돕는 메커니즘으로 봅니다. 우리는 특정 박테리아에 변화를 가할 수 있으며 나머지 미생물 군집은 손상되지 않은 상태로 유지됩니다.”라고 Barrangou는 말했습니다. “이것은 복잡한 미생물 군집에 적용할 수 있는 개념 증명으로 식물 건강과 위장관 건강, 즉 식품과 건강에 중요한 환경을 개선할 수 있습니다.
"궁극적으로 이 연구는 바이러스를 사용하여 복잡한 환경에서 CRISPR 기계를 전달하는 CRISPR 전달의 다음 장을 나타냅니다."
연구자들은 다른 토양 관련 박테리아를 사용하여 파지 CRISPR 기술을 테스트함으로써 이 작업을 더욱 발전시킬 계획입니다. 중요한 점은 토양 미생물 군집을 조작하여 조작된 생태계에서 식물과 관련된 박테리아의 구성 및 기능을 제어하여 식물 성장을 향상시키고 식물 건강을 촉진하는 방법을 이해하는 방법을 보여줍니다. 이는 지속 가능한 농업에 광범위한 관심을 끌고 있습니다.
자금은 로렌스 버클리 국립 연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory)가 주도하고 계약 번호 02에 따라 미국 에너지부의 지원을 받는 과학 중점 영역인 토양의 m-CAFE 미생물 군집 분석 및 기능 평가에서 제공되었습니다. DE-AC05-11231CHXNUMX, UC Berkeley 및 Innovative Genomics Institute를 포함한 공동 노력. 이 논문의 공동 저자로는 Nethery, 전 NC 주립 박사후 연구원 Claudio Hidalgo-Cantabrana 및 NC 주립 대학원생 Avery Roberts가 있습니다.
(다) NCSU
