综述:解开真菌基因组编辑革命的面纱:病理学和生物技术应用方面

【字体: 时间:2025年05月23日 来源:Archives of Microbiology 2.3

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  本综述聚焦真菌在医学、农业及工业领域的双重角色,探讨 CRISPR/Cas 基因编辑技术对真菌研究的革新。其应用涵盖白念珠菌(Candida albicans)耐药基因沉默、烟曲霉(Aspergillus fumigatus)毒力调控等,分析技术优势与脱靶效应等挑战,展望在抗耐药感染与生物生产中的潜力。

  
真菌作为真核生物域中进化独特且生态适应性广泛的类群,凭借代谢多样性在宿主互作与环境适应中展现复杂生物学特性,其在疾病发生与生物技术创新中的双重作用凸显了在医学、农业和工业领域的重要地位。

近年来,基因工程的进步为真菌研究带来革命性突破,其中 CRISPR/Cas 系统成为最具潜力与多功能性的基因组编辑平台。该技术可实现真菌基因组的精准操作,例如在白念珠菌(Candida albicans)中沉默外排泵基因,通过抑制药物外排机制增强其对抗真菌药物的敏感性;在烟曲霉(Aspergillus fumigatus)中靶向与毒力相关的去乙酰化酶(sirtuins)基因,通过干扰毒力因子表达减弱病原菌致病性。

CRISPR/Cas 的应用范畴不仅限于单个基因的调控,还拓展至基因过表达、多重诱变(multiplexed mutagenesis)及次生代谢物诱导等领域。在疾病管理层面,精准编辑病原菌关键基因的策略为解决耐药真菌感染提供了新思路;在生物技术领域,通过调控代谢通路激活沉默的次生代谢物合成基因簇,有望推动真菌在天然药物生产、生物催化等工业场景中的应用革新。

尽管 CRISPR/Cas9 具备精准性高、成本效益显著及治疗潜力大等优势,但其应用仍面临技术与伦理挑战。脱靶效应可能导致非预期的基因组改变,引发生物安全风险;基因编辑真菌在环境释放与临床应用中的伦理争议,以及跨学科研究中监管框架的缺失,均需学术界与政策制定者共同探讨。当前,纳米颗粒递送系统的开发与多组学(multi-omics)技术的整合,正成为克服基因编辑效率与特异性瓶颈的重要方向,通过优化递送载体靶向性与结合基因组 - wide 分析,可提升编辑精准度并降低副作用。

展望未来,随着 CRISPR 驱动的真菌基因组编辑技术持续迭代,其在解决耐药性感染、推动可持续生物制造等领域的潜力将进一步释放。从基础研究中解析真菌致病机制与代谢网络,到应用层面开发环境友好型生物催化剂与新型抗真菌疗法,该技术正推动真菌研究从 “被动认知” 向 “主动设计” 跨越。基因组编辑技术的持续创新,不仅深化了人类对真菌生物学的理解,更将为跨学科领域的突破性进展奠定基础,助力应对全球健康与可持续发展挑战。

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