金 帆 李奉庭 夏 霖

1(中国科学院深圳先进技术研究院 深圳合成生物学创新研究院中国科学院定量工程生物学重点实验室 深圳 518055)

2(中国科学院大学 北京 100049)

1 引 言

随着定向进化技术的不断发展，利用传统的物理、化学和生物诱变技术[1-2]寻找所需的生物性状往往会带来过多有害突变，已无法满足研究或应用的需求。于是人们通过先对单个基因或生物途径建立突变文库，再筛选得到具有更高活性的酶[3]、目的产物产量更高的生物体[4]。但这些方法大多需要体外建立突变文库、体内进行筛选，反复迭代，这无疑增加了得到目的突变体的难度与成本。而 CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)技术的出现和发展，使人们可以站在新的角度，利用新的工具开发定向进化技术，以解决目前所面临的问题。

借助 CRISPR/Cas 系统，可以实现对特定基因或区域进行编辑。根据小向导 RNA(small guide RNA，sgRNA)引导的 Cas 蛋白或 Cas 融合蛋白的特性，可以使该区域基因产生双链断裂、单链缺刻和单碱基替换[5]等变化。再由修复机制、错配机制或化学催化机制引入突变，实现突变文库的构建。结合生物大分子如转录因子、核酸适配体等，CRISPR 的功能可以扩展到分子检测领域。由此可见，CRISPR 系统的性能与定向进化技术的需求有着很高的契合度。

另外，通过 PubMed 数据库检索 CRISPR 与定向进化的论文数量发表情况可知，定向进化论文数从 1975 年开始，到 2018 年左右出现平台期，其年增长速率仅为 2%～5%。而 CRISPR在同期正呈蓬勃发展的趋势，年增长速率达14%～24%。因此，借助 CRISPR 为定向进化技术提供新的方法和策略，对于定向进化技术将是一个新的机遇。……