首次利用多重碱基编辑挖掘真菌基因组

利用多重碱基编辑(一种同时修改真菌基因组中多个位点的方法)，化学和生物分子工程师诱使真菌揭示它们保守得最好的秘密，加快了新药发现的步伐。

　　

任何参加过鸡尾酒会的人都会告诉你，释放压抑会让你更健谈，也可能更容易泄露秘密。事实证明，真菌在这方面与人类没有什么不同。

莱斯大学化学和生物分子工程师Xue Sherry Gao及其合作者使用一种同时修改真菌基因组中的多个位点的方法，诱使真菌揭示它们保存得最好的秘密，加快了新药发现的步伐。

这是多重碱基编辑(multiple base editing, MBE)技术首次被用于挖掘真菌基因组，获取医学上有用的化合物。与单基因编辑相比，MBE平台在等效实验环境下将研究时间缩短了80%以上，从估计的3个月缩短到大约2周。

真菌和其他生物产生生物活性小分子，如青霉素，以保护自己免受病原体的侵害。这些具有生物活性的天然产物(NPs)既可以作为药物使用，也可以作为设计新药的分子蓝图。

利用MBE技术，Rice's Brown School of Engineering的Gao实验室诱导真菌产生了更多的天然化合物，包括一些以前科学界不知道的化合物。

这项研究发表在《美国化学学会杂志》上。

碱基编辑是指使用基于crispr的工具来修改DNA螺旋阶梯中的一个梯级，即碱基对。以前，使用碱基编辑的基因修饰必须一次进行一个，这使得研究过程更加耗时。高说:“我们创造了一种新的机制，使碱基编辑能够在多个基因组位点上工作，因此出现了‘多重’。”

Gao和她的团队首先测试了他们的新碱基编辑平台的功效，方法是针对一种被称为niidulans的真菌菌株中编码色素的基因。MBE启用的基因组编辑的有效性和准确性很容易在A. nidulans菌落显示的颜色变化中看到。

“对我来说，真菌基因组是一个宝藏，”Gao说，这指的是真菌衍生化合物的巨大医学潜力。“然而，在大多数情况下，真菌在实验室中‘自居’，不会产生我们正在寻找的生物活性小分子。换句话说，我们感兴趣的大多数基因或生物合成基因簇都是“神秘的”，这意味着它们没有表现出全部的生物合成潜力。

“在真菌中，指导生物体产生这些药用化合物的遗传、表观遗传和环境因素极其复杂。我们可以观察到消除那些使生物合成机器沉默的因素的协同效应。”

去抑制后，经过工程改造的真菌菌株产生更多的生物活性分子，每个分子都有自己独特的化学特征。在一次试验中产生的30个NPs中，有5个是从未报道过的新化合物。

“这些化合物可能是有用的抗生素或抗癌药物，”Gao说。“我们正在研究这些化合物的生物功能，我们正在与贝勒医学院的研究小组合作，研究药理小分子药物。”

Gao教授的研究由美国国立卫生研究院资助，为期五年，旨在探索真菌基因组，寻找合成NPs的基因簇。她说:“美国食品和药物管理局批准的临床药物中，约50%是NPs或np衍生物”，而真菌衍生的NPs“是一种基本的药物来源”。青霉素，洛伐他汀和环孢素是一些从真菌NPs衍生的药物的例子。

美国国立卫生研究院(GM138207)和罗伯特·a·韦尔奇基金会(C-1952)支持了这项研究。

Journal Reference:

1. Fanglong Zhao, Chunxiao Sun, Zhiwen Liu, Alan Cabrera, Mario Escobar, Shunyu Huang, Qichen Yuan, Qiuyue Nie, Kevin Lee Luo, Angela Lin, Jeffrey A. Vanegas, Tong Zhu, Isaac B. Hilton, Xue Gao. Multiplex Base-Editing Enables Combinatorial Epigenetic Regulation for Genome Mining of Fungal Natural Products. Journal of the American Chemical Society, 2022; DOI: 10.1021/jacs.2c10211