近日，国际著名学术期刊《核酸研究》以“猫捕：一种基于CRISPR/Cas12a大片段DNA克隆的沉默基因簇激活技术”为题，在线发表了华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室和生物工程学院在放线菌大型基因簇捕捉和沉默基因簇激活发掘新颖活性天然产物研究中取得的最新研究进展。
放线菌是合成天然产物药物的主力，被广泛用于抗肿瘤药物(如多柔比星)、免疫抑制剂(如FK506)和杀虫剂(如阿维菌素)等多种药物的发酵和规模化工业制造。然而，放线菌基因组DNA的GC含量大多超过70%，其中的大型沉默天然产物编码基因簇的编辑、克隆和激活表达，一直是限制放线菌活性天然产物发掘与合成的技术难点。
聚焦这一难题，研究团队利用CRISPR-Cas12a的精准靶向切割特性和琼脂糖凝胶包埋制备高质量基因组DNA的技术，成功开发了一种从放线菌基因组中高效克隆/编辑大片段DNA的方法（简称“猫捕”），并将其用于放线菌大型沉默基因簇的克隆和激活表达，最终实现了活性新颖天然产物的发掘。
这项研究不仅提供了一种快速、高效的大型DNA片段编辑/克隆策略，而且通过体外直接克隆，将放线菌基因簇的克隆上限突破至145kb，实验成本相较常规建库的方法降低了125倍。对批量克隆得到的基因簇进行激活表达获得一种结构新颖的大环内酰胺类化合物，命名为marinolactamA(马里诺霉素A)。在随后的活性测试中，研究发现该化合物对结肠癌细胞HCT116具有较好的杀灭活性（IC50= 18μg/mL）。上述研究结果表明，“猫捕”作为一种高效的大型基因簇克隆的平台技术，将极大促进放线菌天然产物的发掘和新颖活性药物发现。
基于CAT-FISHING的大型基因簇捕捉和新颖活性天然产物发掘
该研究自bioRxiv（生命科学预印本）预印版刊登以来，受到了领域内同行专家的认可与好评，例如主流期刊《生物技术新观点》亮点评述这项成果，认为这是迄今最快捷的大型基因簇克隆技术。目前，该技术已经申请专利(专利号：202010575747.5；国际申请号：PCT/CN2020/120332)。
华东理工大学博士生梁敏东、曾晓倩和硕士生刘乐诗，以及浙江大学的徐飞研究员为本文共同第一作者。华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室张立新教授团队的谭高翼副研究员为本文通讯作者。华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室和生物工程学院为本文唯一通讯单位。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkac181
