2024-02-12 アメリカ合衆国・イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校
・ イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校内 米国エネルギー省(DOE)の Center for Advanced Bionenergy
and Bioproducts Innovation(CABBI)が、ゲノム編集ツールの CRISPR/Cas システムの汎用性と使い易さをさらに向上させる、CRISPR-COPIES(COmputational Pipeline for the Identification of CRISPR/Casfacilitated intEgration Sites)を開発。
・ CRISPR-COPIES は、あらゆる生物の遺伝子工学に適した染色体組み込み部位を迅速に特定するツール。化学物質やバイオ燃料をコスト効率的に生産するための、非モデル酵母の代謝工学の研究を加速させるもの。
・ 遺伝情報の理解と操作に革新をもたらしたゲノム編集は、害虫に対する抵抗力や有用な生化学物質を生産する能力等の新たな形質を生物に取り入れることを可能にしている。
・ CRISPR/Cas システムは、正確かつ標的を絞ったゲノム編集を可能にしているが、ゲノム内の最適な統合部位の特定がほぼ未解決の課題。従来は手作業で潜在的な統合部位をスクリーニングし、レポーター遺伝子を組み込んで細胞適応度と遺伝子発現レベルを評価するためにその部位の試験を実施するが、これは時間とリソースを大量に消費する極めて困難なプロセス。
・ CRIPR-COPIES は、このような課題に対処し、ほとんどの細菌および真菌ゲノムのゲノム全体の中立的な統合部位を 2～3 分以内に特定する。Cupriavidus necator、Saccharomyces cerevisiae および HEK 293T セルの 3 種の統合部位を特定することで、CRISPR-COPIES の汎用性と拡張性を実証した。
・ CRISPR-COPIES で特定した統合部位を使って、農業や食品産業で利用できる生化学物質である、5-アミノレブリン酸の産生を増加させるよう細胞を操作した。また、バイオインフォマティクス専門以外の研究者にも利用できる、CRISPR-COPIES のユーザーフレンドリーなウェブインターフェイスも作成した。
・ ゲノム内の安定した統合部位のピンポイントな特定に加え、CRISPR/Cas による DNA の組み込みのコンポーネントの設計にかかる手作業も不要に。菌株構築プロセスを簡素化・加速する設計を通じて時間とリソースを節約し、生化学的生産やトランスジェニック作物開発に向けた菌株工学に役立てることができる。
URL: https://cabbi.bio/crispr-copies-new-tool-accelerates-and-optimizes-genome-editing/
関連情報
Nucleic Acids Research 掲載論文(フルテキスト)
CRISPR-COPIES: an in silico platform for discovery of neutral integration sites for CRISPR/Cas-facilitated gene integration
URL: https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkae062/7606262
Abstract
The CRISPR/Cas system has emerged as a powerful tool for genome editing in metabolic engineering and human gene therapy. However, locating the optimal site on the chromosome to integrate heterologous genes using the CRISPR/Cas system remains an open question. Selecting a suitable site for gene integration involves considering multiple complex criteria, including factors related to CRISPR/Cas-mediated integration, genetic stability, and gene expression. Consequently, identifying such sites on specific or different chromosomal locations typically requires extensive characterization efforts. To address these challenges, we have developed CRISPR-COPIES, a COmputational Pipeline for the Identification of CRISPR/Cas-facilitated intEgration Sites. This tool leverages ScaNN, a state-of-the-art model on the embedding-based nearest neighbor search for fast and accurate off-target search, and can identify genome-wide intergenic sites for most bacterial and fungal genomes within minutes. As a proof of concept, we utilized CRISPR-COPIES to characterize neutral integration sites in three diverse species: Saccharomyces cerevisiae, Cupriavidus necator, and HEK293T cells. In addition, we developed a user-friendly web interface for CRISPR-COPIES (https://biofoundry.web.illinois.edu/copies/). We anticipate that CRISPR-COPIES will serve as a valuable tool for targeted DNA integration and aid in the characterization of synthetic biology toolkits, enable rapid strain construction to produce valuable biochemicals, and support human gene and cell therapy applications.
