PLoS ONE：新型遗传操作工程菌

　　

生物通报道：来自中科院微生物研究所，中国科技大学的研究人员获得了梭菌遗传操作方面的重要进展，他们对梭菌这种具有现实或潜在的生物技术利用价值的菌株进行了改造，获得的工程菌株能够高效接受未经修饰的外源DNA，并用实例证明在该工程菌株中可以快速、方便地进行基因表达和基因失活等研究工作。这一研究成果公布在2月9日发表在《公共科学图书馆·综合》（PLoS ONE）上。

文章的通讯作者是中科院微生物研究所李寅研究员，其早年毕业于无锡轻工大学，2006年入选中国科学院“****”，现任中国科学院微生物研究所研究员、博士生导师，主要研究领域是以乳酸菌及嗜酸、嗜碱、耐溶剂微生物为模型，利用基因组学和功能基因组学技术进行分子生理学研究，理解这些微生物过量合成大宗化学品的分子基础和调控机制，并在此基础上设计新的代谢工程策略，对微生物进行系统生物技术改造，实现大宗化学品的经济、绿色生产。文章的第一作者是博士生董红军。

梭菌属（Clostridium）的细菌广泛分布于自然界，与人类的关系密切。已经认识的梭菌共有213个种，其中有些梭菌是人或动物肠道内菌群的组成部分（如酪酸梭菌），有些梭菌是致病菌（如肉毒梭菌、破伤风梭菌等），还有一些梭菌能够利用木质纤维素原料或其水解产物生产化学品，具有现实或潜在的生物技术利用价值（如丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌、热纤梭菌等）。

梭菌的遗传可操作性是认识、控制和利用梭菌的基础性工作。到目前为止，科学家对梭菌的遗传操作能力只限于少数几个种的模式菌，一个重要原因就是梭菌中存在着非常严格的限制修饰系统，外源DNA进入梭菌后很快就会被降解。

为了使梭菌的遗传操作变得更加容易，在这篇文章中，研究人员以丙酮丁醇梭菌为研究对象，在基因组上找出编码其限制修饰系统的可能基因并使其失活，获得的工程菌株能够高效接受未经修饰的外源DNA，并用实例证明在该工程菌株中可以快速、方便地进行基因表达和基因失活等研究工作。同样的策略也可以用于改造其他梭菌，提高科研人员对那些具有重要医学或工业价值梭菌的遗传操作效率。

近期李寅研究员还发表文章，系统阐述了微生物生理功能工程的新观点(Opinion)，并建议大力发展微生物生理功能工程技术，从而适应新型生物产业发展对微生物菌种改造的要求。近年来李寅小组在中国科学院、科技部、国家自然科学基金委员会支持下，以梭菌、克莱伯氏菌和乳酸菌为模型，在分子水平上研究如何提高这些菌株的生理性能。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Engineering Clostridium Strain to Accept Unmethylated DNA

It is difficult to genetically manipulate the medically and biotechnologically important genus Clostridium due to the existence of the restriction and modification (RM) systems. We identified and engineered the RM system of a model clostridial species, C. acetobutylicum, with the aim to allow the host to accept the unmethylated DNA efficiently. A gene CAC1502 putatively encoding the type II restriction endonuclease Cac824I was identified from the genome of C. acetobutylicum DSM1731, and disrupted using the ClosTron system based on group II intron insertion. The resulting strain SMB009 lost the type II restriction endonuclease activity, and can be transformed with unmethylated DNA as efficiently as with methylated DNA. The strategy reported here makes it easy to genetically modify the clostridial species using unmethylated DNA, which will help to advance the understanding of the clostridial physiology from the molecular level.

作者简介：

李寅
　　1974年6月出生于上海市
　　博士，研究员，博士生导师
　　中国科学院“****”入选者
　
　主要履历及经历
　　1991-1995 无锡轻工大学，发酵工程专业，学士
　　1995-2000 无锡轻工大学，发酵工程专业，博士
　　2000-2001 江南大学生物工程学院，讲师
　　2001-2002 荷兰Wageningen Centre for Food Sciences，NIZO Food Research，博士后
　　2003-2004 江南大学生物工程学院，副教授
　　2004-2006 爱尔兰University College Cork，Research Officer
　　2006- 入选中国科学院“****”，中国科学院微生物研究所研究员、博士生导师
　　2007.6- 中国科学院微生物研究所，能源与工业生物技术中心主任

　　主要研究领域
　　研究方向为工业微生物分子生理学和系统生物技术，主要研究内容包括：
　　1、分子生理学和代谢工程。以乳酸菌及嗜酸、嗜碱、耐溶剂微生物为模型，利用基因组学和功能基因组学技术进行分子生理学研究，理解这些微生物过量合成大宗化学品的分子基础和调控机制，并在此基础上设计新的代谢工程策略，对微生物进行系统生物技术改造，实现大宗化学品的经济、绿色生产。
　　2、支撑系统生物技术的方法学。发展重要生物基化学品产生菌的高通量筛选方法，新型原核微生物遗传操作系统和基因组规模突变技术，不同水平(DNA、RNA、蛋白质、代谢物、代谢通量)组学数据的整合方法学，以及基因组规模代谢模型的构建及生物学功能预测方法。

　　承担课题
　　863计划目标导向专题课题“丁醇生物制造的关键技术”(2006-2008)，负责人
　　中国科学院知识创新工程重要方向项目“聚合级手性乳酸生物制造的关键技术”(2006-2009)，负责人
　　973计划项目“生物炼制细胞工厂的科学基础”(2007-2012)，子课题负责人
　　已完成课题
　　国家自然科学基金“乳酸乳球菌中谷胱甘肽还原酶和谷胱甘肽过氧化物酶的生理功能”(2004-2006)，负责人
　　江苏省自然科学基金“多重维生素营养缺陷型球拟酵母中的能量代谢”(2002-2004)，负责人

　　获得荣誉
　　2006年国家科技进步二等奖
　　2006年中国科学院“****”
　　2004年教育部提名国家科技进步二等奖
　　2003年中国石油与化学工业技术发明一等奖
　　2003年江苏省科技进步二等奖
　　2000年无锡市十大杰出青年
　　学术兼职
　　中国科学院青岛生物能源与过程研究所(筹)，学术委员会副主任(2007.9-)
　　《生物工程学报》，副主编(2007.9-)
　　中国科技大学，兼职博士生导师(2007.4-)