发表在代谢工程期刊上的一项新研究描述了一种基于CRISPR / Cas9的方法，该方法可以灵活地设计必需和非必需酶而无需额外的工程。这对于包括开发基于生物的药物生产，食品添加剂，燃料和化妆品的各个方面可能是非常重要的。“当具有生产菌株时，这将使人们更容易在生物合成途径中设计某些限制性酶并提高效率，特异性或多样性。人们将能够发现该途径中最佳的权衡酶变体并增加产量。有价值的化合物，“DTU生物可持续性Novo Nordisk基金会研究员Tadas Jakociunas说。
新开发的方法名为CasPER，并且基于现有技术，例如CRISPR / Cas9，其在过去几年中已用于基因组工程和酵母中的重新编程。然而，这种新工具使科学家能够通过整合更长的多样化片段来设计酶或其活性结构域，从而提供靶向特定区域中每个单核苷酸的机会。在酵母中，即使以多重方式，CasPER也能够以几乎100%的效率整合诱变的DNA片段。
发现酶变体
深度表征新方法得出结论，已经存在的CRISPR / Cas9方法之间的主要区别在于CasPER允许非常有效的整合和以多重方式携带具有各种突变的大DNA片段以产生具有数十万种酶变体的细胞库。虽然其他CRISPR方法主要依赖于较短序列的整合以使DNA多样化并需要多轮工程，但CasPER显着拓宽了工程DNA片段的长度。此外，它不需要任何额外的步骤使得更快和更有效地使酶多样化以产生更高产率的所需化学品。
筛选平台
在引入CRISPR / Cas9之前，在酵母中设计必需酶是一个相当缓慢的过程。今天，它可以更加灵活地定位您的目标，这使得设计酶更加高效和特异，使它们能够将更多的底物转化为产品变得更加可行。“建造用于生产有价值化合物的细胞工厂仍然是非常昂贵和耗时的，因此将所有这些资金和时间投入到工程上需要付出代价。您需要生产一定数量的产品以使其具有商业相关性，并且像Casper这样的工具肯定有助于加快和提升这一过程，“Tadas Jakociunas说。
作为这项研究的概念验证，科学家们在甲羟戊酸途径中靶向了几种必需的酶。这种生物合成途径负责甾醇的产生，并且在大多数生物体中是必需的。通过对人类的研究，最有名的是他汀类药物的目标，他汀类药物是一类降胆固醇药物。这些药物基于抑制该途径中的一些步骤。在一些细菌和真核生物中，该途径负责产生称为类异戊二烯的最大类化合物。为了证明CasPER科学家的适用性和效率针对甲羟戊酸途径中的两种必需酶，并且能够选择细胞工厂，其类胡萝卜素的产量增加了11倍。
工业和学术界的巨大潜力
在未来，CasPER可以在学术界和工业界广泛用于各种目的。虽然该方法的主要应用是加速和降低工程和优化细胞工厂的成本，但该方法也可以应用于需要DNA多样化的任何实验。“你可以研究蛋白质功能，开发蛋白质结构预测工具，研究蛋白质与DNA，底物和其他分子的相互作用，使调控元件多样化，如启动子，终止子和增强子，”Tadas Jakociunas说。该方法在酵母中得到验证，但它也可以用于其他具有有效同源重组机制的生物体。