CRISPR技术的发展和应用引发了生命科学、医学、生物化工、农林牧渔业等领域的变革，推动了生物科技的新一轮革命。开发CRISPR新技术是未来科技和产业发展制高点，对于推进未来产业发展具有重大战略意义。目前广泛使用的CRISPR表达调控工具由缺失核酸酶活性的Cas9突变体（dCas9）和向导RNA组成，属II型CRISPR系统。虽然CRISPR/dCas9能够精细地调控基因表达，而且在许多领域展示其应用潜力，但是它固有的细胞毒性和较窄的PAM选择性限制其应用范围。因此，迫切需要开发基于其他类型CRISPR系统介导的基因表达调控新工具，在不影响细胞生长的基础上拓展基因表达调控范围。在原核生物所有的CRISPR系统中，由核酸酶Cas3、多个Cas蛋白组成的Cascade和CRISPR RNA（crRNA）组成的I型CRISPR系统分布最广泛。缺失Cas3时，Cascade在crRNA的介导下与靶序列结合，可实现相关基因的表达调控作用。然而，目前I型CRISPR系统介导的基因表达调控研究大多限制在天然携带该系统的细菌中，异源表达I型CRISPR系统用于调控基因表达的研究较少。
我院孙东昌教授课题组致力于CRISPR系统的基础与应用研究，前期发现核结合蛋白StpA调控大肠杆菌I型CRISPR系统的新机制（Sun et al., Appl Environ Microbiol, 2022）。近期，通过将来自大肠杆菌的I型CRISPR系统整合至枯草芽孢杆菌中，结合转录和翻译水平上的工程化改造手段，项目团队在枯草芽孢杆菌中开发了组成型和诱导型表达的I型CRISPR基因表达调控工具包。利用构建的I型CRISPR调控系统，精确调控关键代谢基因pdhA表达，在枯草芽孢杆菌底盘细胞中实现了TCA循环和目的产物代谢流平衡，显著提高目的代谢产物发酵水平，为拓展I型CRISPR系统在异源宿主中的应用提供范例。
相关研究成果2024年7月以“Development of a type I-E CRISPR-based programmable repression system for fine-tuning metabolic flux towards D-pantothenic acid in Bacillus subtilis”为题，在生物与生物化学主流期刊ACS Synthetic Biology期刊上发表。我院2021级生物与医药专业硕士茅呈耀为论文第一作者，孙东昌教授为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金 (32170083、31670084)和浙江省重点研发计划（2020C02031)的支持。
论文链接：DOI: 10.1021/acssynbio.4c00256