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双质粒诱导型 CRISPR-Cas9 系统在拜氏梭菌中的改造及应用
CRISPR 技术的最新发展为改进梭菌属专用的基因组编辑工具开辟了新的可能性。在本研究中，我们改进了基于该技术的双质粒工具，以便对产生丙酮/丁醇/乙醇 (ABE) 或异丙醇/丁醇/乙醇 (IBE) 混合溶剂的两种拜氏梭菌参考菌株的基因组进行无瘢痕修饰。在 NCIMB 8052 ABE 生产菌株中，SpoIIE 孢子形成因子编码基因的失活导致孢子形成缺陷的突变体，并且通过用功能性 spoIIE 基因补充突变菌株可以恢复此表型。此外，将真菌纤维素酶编码 celA 基因插入拜氏梭菌 NCIMB 8052 染色体中，产生具有内切葡聚糖酶活性的突变体。接下来，我们采用类似的双质粒方法对天然 IBE 产生菌株 C. beijerinckii DSM 6423 的基因组进行编辑，该菌株此前从未进行过基因工程改造。首先，删除赋予甲砜霉素抗性的 catB 基因，使该菌株与我们的双质粒编辑系统兼容。作为概念验证，我们在 C. beijerinckii DSM 6423 Δ catB 中使用了我们的双质粒系统，以去除内源性 pNF2 质粒，从而大幅提高转化效率。
利用 CRISPR 干扰技术高效、快速地灭活核梭杆菌的基因
摘要 通过在具核梭杆菌中创建框内缺失突变来使基因失活非常耗时，并且大多数具核梭杆菌菌株在遗传上是难以处理的。为了解决这些问题，我们引入了一种基于核糖开关的可诱导 CRISPR 干扰 (CRISPRi) 系统。该系统采用核酸酶失活的化脓性链球菌 Cas9 蛋白 (dCas9)，通过持续表达的单向导 RNA (sgRNA) 特异性地引导至目的基因。从机制上讲，这种 dCas9-sgRNA 复合物成为 RNA 聚合酶难以逾越的障碍，从而抑制了目标基因的转录。利用这个系统，我们首先研究了两个非必需基因 ftsX 和 radD，它们对于具核梭杆菌的胞质分裂和共聚集至关重要。添加诱导剂茶碱后，ftsX 抑制导致类似于染色体 ftsX 缺失的丝状细胞形成，而靶向 radD 则显著降低 RadD 蛋白水平，消除 RadD 介导的共聚集。随后将该系统扩展到探测必需基因 bamA 和 ftsZ，这两个基因对于外膜生物合成和细胞分裂至关重要。令人印象深刻的是，bamA 抑制破坏了膜完整性和细菌分离，阻碍了生长，而 ftsZ 靶向会在肉汤中产生细长的细胞，并且琼脂生长受到损害。对 F. nucleatum 临床菌株 CTI-2 和 Fusobacterium periodonticum 的进一步研究表明，靶向 tnaA 时吲哚合成减少。此外，沉默 F. periodonticum 中的 clpB 会降低 ClpB，从而增加热敏感性。总之，我们的 CRISPRi 系统简化了各种梭杆菌菌株的基因失活。
改进的CRISPR/CAS9工具用于梭状芽胞杆菌快速代谢工程
摘要：群集定期间隔短的短膜重复序列（CRISPR）/CAS（CRISPR相关蛋白质）9工具已经彻底改变了生物学 - 已经构建了几个高效的高效工具，这些工具已导致能够快速设计模型细菌，例如，Escherichia coli。但是，CRISPR/CAS9工具的使用已落后于非模型细菌，阻碍了工程工作。在这里，我们开发了改进的CRISPR/CAS9工具，以实现与工业相关细菌丙梭菌的有效快速代谢工程。以前的努力在C. actobutylicum中实施CRISPR/CAS9系统已受到缺乏严格控制的诱导系统以及大质粒的影响，从而阻碍了较低的转化效率。我们从艰难梭菌的木糖诱导系统控制下成功地将Cas9基因从链球菌诱导的系统控制到了基因组，然后我们表明，这导致了一个紧密控制的系统。然后，我们优化了编辑盒的长度，从而产生了一个小的编辑质粒，该质粒还包含UPP基因，以便使用UPP /5-氟尿嘧啶的反式系统快速失去质粒。我们使用该系统执行LDHA和PTB-BUK操纵子的单独和顺序缺失。
拜氏梭菌中组氨酸激酶的代谢工程用于提高丁醇产量
拜氏梭菌 (Clostridium beijerinckii) 是一种很有前途的丁醇工业生产微生物，但其丁醇产量低且缺乏高效的基因工程工具包。一些负责 Spo0A 磷酸化的组氨酸激酶 (HK) 已被证实是调控溶剂型梭菌 (如丙酮丁醇梭菌) 丁醇生物合成的重要功能组分，但尚未在拜氏梭菌中进行有关 HK 的研究。本研究通过序列比对，筛选出 6 个已注释但尚未鉴定的候选 HK 基因，这些基因与丙酮丁醇梭菌的基因具有部分同源性（不低于 30%）。利用基于 CRISPR-Cas9n 的基因组编辑技术删除这些 HK 基因的编码区。 cbei2073 和 cbei4484 的缺失导致丁醇生物合成发生显著变化，与野生型相比，丁醇产量分别增加了 40.8% 和 17.3% (13.8 g/L 和 11.5 g/L vs. 9.8 g/L)。观察到丁醇生产速率更快，丁醇生产率分别大幅提高了 40.0% 和 20.0%，表明这两个 HK 在调节 C. beijerinckii 细胞代谢中起重要作用。此外，两个 HKs 失活菌株的孢子形成频率分别降低了 96.9% 和 77.4%。与野生型相比，另外四个 HK 缺失突变菌株（包括 cbei2087、cbei2435、cbei4925 和 cbei1553）表现出的表型变化很小。本研究揭示了HKs在拜氏梭菌中孢子形成和溶剂生成中的作用，并提供了一种新的HKs工程化策略来提高代谢物的产量。本研究产生的高丁醇生产菌株在工业生物丁醇生产中具有巨大的潜力。
面对面：梭状回面部区域的计算模型与有争议的面部刺激之间的对立
数百项研究已经描述了梭状回面部区域 (FFA) 的反应特性，但我们尚未揭示其表征背后的计算机制。一个方法论上的挑战是，不同的计算模型对随机抽样的面部做出的预测可能难以区分。这项 fMRI 研究采用了合成的争议性面部刺激，旨在引出六个候选神经网络模型对 FFA 中面部表征的不同预测。我们展示了对一位参与者进行四次扫描的初步数据。争议性面孔揭示了各模型在预测 FFA 表征相异矩阵 (RDM) 的能力方面存在许多显著差异，而随机抽样的面部无法实现模型之间的可靠裁决。经过逆向渲染（将面部图像映射到 3D 面部模型的潜在空间）训练的神经网络优于具有相同架构但经过识别、分类或自动编码训练的替代模型。我们的研究结果支持了这样的观点：面部识别涉及反映面部物理结构的表现形式，并证明了需要通过神经成像实验来优化有争议的刺激来裁决脑计算模型。
通过基于 Cas12a 的 CRISPR 干扰对溶剂产气梭菌进行单基因和多基因抑制
构成梭菌属的革兰氏阳性、产芽孢、专性厌氧厚壁菌种具有广泛的原料消耗能力并产生增值代谢产物，但基因操作困难，限制了它们的广泛吸引力。CRISPR-Cas 系统最近已应用于梭菌种，主要使用 Cas9 作为反选择标记与基于质粒的同源重组结合。CRISPR 干扰是一种通过精确靶向核酸酶缺陷型 Cas 效应蛋白来降低特定基因表达的方法。在这里，我们开发了一种基于 dCas12a 的 CRISPR 干扰系统，用于抑制多种中温梭菌种的转录基因。我们表明，与源自其他细菌的 CRISPR Cas 系统相比，由于梭菌种中的 GC 含量低，基于新凶手弗朗西斯菌 Cas12a 的系统具有更广泛的适用性。我们证实，丙酮丁醇梭菌中靶基因的转录水平降低了 99% 以上，巴氏梭菌中靶基因的转录水平降低了 75% 以上。我们还通过使用单个合成 CRISPR 阵列证实了多重抑制，靶基因表达降低了 99%，并阐明了其表达降低的独特代谢特征。总体而言，这项工作为无需基因编辑的高通量遗传筛选奠定了基础，而基因编辑是梭菌群落当前使用的筛选方法的一个关键限制。
灌注灌注琼脂基础
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儿童中的粪便菌群移植：系统评价
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COVID-19的易感性和住院的全基因组全基因组关联研究
郑山（Div>）：美国孟菲斯丹尼·托马斯（Danny Thomas Place）262，美国孟菲斯（Memphis），美国田纳西州38105，圣裘德儿童研究医院应用生物信息学研究中心高级生物信息学研究科学家；电子邮件：cheng.zhong.shan@gmail.com