双模CRISPR系统能同时开关不同基因

科技日报记者 刘霞

韩国科学家开发出一种新型双模CRISPRa/i基因编辑系统，能同时“开启”和“关闭”不同基因，突破了现有CRISPR技术多局限于“关闭”基因的瓶颈。这一进展为研究合成生物学及其在工业领域的应用提供了全新工具，相关研究成果发表于新一期《核酸研究》杂志。

该研究由韩国科学技术院生物工程研究生院与韩国化学技术研究所合作完成。团队利用新系统，在大肠杆菌中实现了基因的同步激活与抑制。基因被激活时，蛋白质或其他物质的合成得到促进；反之则合成受限。大肠杆菌具有结构简单、繁殖迅速的特点，是合成生物学中常用的“微生物工厂”。

合成生物学的核心在于设计遗传通路，使生物体执行特定功能。如同电路开关，代谢途径的优化需要精准控制基因的“开”与“关”。团队开发的双模基因剪刀，正是实现这一目标的关键工具。

传统CRISPR技术在基因抑制方面表现优异，但激活基因的能力有限。此外，其作用依赖于特定的DNA识别序列——原间隔区邻近基序（PAM），而PAM识别范围较窄，限制了可调控基因的数量。尽管CRISPR激活技术（即通过CRISPR系统强制激活而非编辑基因）已在动植物等真核细胞中取得进展，但由于细菌转录机制不同，在细菌中的应用效果一直不理想。

为突破这一局限，研究团队拓展了靶基因范围，并利用大肠杆菌自身蛋白显著提升了基因激活效率。最终，原本“偏重抑制”的基因剪刀升级为可同步调控“开/关”的双模系统。

在后续实验中，新系统展现出卓越性能。基因激活实验中，目标蛋白质表达量提升至4.9倍；抑制实验中，蛋白质产量下降83%。更令人瞩目的是，系统成功实现对两个基因的同步调控：一个基因活性提升8.6倍，另一个则被抑制90%。

团队表示，新型双模CRISPR系统为代谢途径优化、基因网络研究及细菌功能基因组学的发展提供了强大工具，有望促进高价值化合物、生物燃料及药品的高效生产。

总编辑圈点

这一研究远不止于技术层面的升级，它也是合成生物学精密编程的关键一步，意味着我们对微生物工厂的控制力从“踩刹车”进化到了“油门与刹车协同操控”。这将极大加速高价值化合物、生物燃料和新型药物的生物制造进程，为设计更复杂、更智能的基因回路提供了核心工具，真正推动合成生物学走向“按需设计生命功能”的新阶段。