细菌与我们的日常生活密切相关。这些微生物在人类历史上曾被用于制作奶酪、酸奶和葡萄酒等食品。近年来，通过代谢工程，微生物被广泛用作微生物细胞工厂来制造塑料、牲畜饲料、膳食补充剂和药物。

然而，除了这些对人类生命有益的细菌外，引起各种传染病的肺炎、沙门氏菌、葡萄球菌等病原体也无处不在。重要的是能够代谢控制这些有益的工业细菌以生产高附加值的化学品，并操纵有害病原体以抑制其致病特性。

KAIST生物化学工程系特聘教授SangYupLee领导的研究团队开发了一种新的sRNA工具，可以有效抑制各种细菌中的靶基因，包括革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌。研究结果发表在NatureCommunications上。

sRNA是大肠杆菌中合成和调控靶基因的有效工具，但除了大肠杆菌等革兰氏阴性菌外，还难以应用于枯草芽孢杆菌和棒状杆菌等工业上有用的革兰氏阳性菌。

为了解决这个问题，研究团队开发了一个新的sRNA平台，可以有效抑制各种细菌中的靶基因，包括革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌。他们调查了微生物数据库中数以千计的微生物来源的sRNA系统，最终选定了表现出最高基因敲除效率的枯草芽孢杆菌来源的sRNA系统，并将其命名为“Broad-Host-RangesRNA”，即BHR-sRNA。

一个类似的知名系统是CRISPR干扰(CRISPRi)系统，它是一种改良的CRISPR系统，通过抑制基因转录过程来抑制基因表达。但CRISPRi系统中的Cas9蛋白具有极高的分子量，曾有报道在细菌中有生长抑制作用。本研究开发的BHR-sRNA系统不影响细菌生长，同时显示出与CRISPRi相似的基因敲除效率。

为了验证BHR-sRNA系统的多功能性，选择并测试了16种不同的革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌，其中BHR-sRNA系统在其中15种中成功发挥作用。此外，在10种细菌中证明基因敲低能力比现有的基于大肠杆菌的sRNA系统更有效。BHR-sRNA系统被证明是一种能够有效抑制各种细菌基因表达的通用工具。

为了解决最近变得更加严重的抗生素抗性病原体的问题，BHR-sRNA被证明通过抑制产生毒力因子的基因来抑制致病性。通过使用BHR-sRNA，生物膜形成(导致抗生素耐药性的因素之一)在表皮葡萄球菌(一种可导致医院获得性感染的病原体)中被抑制了73%。引起肺炎的肺炎克雷伯菌的抗生素耐药性也减弱了58%。

此外，将BHR-sRNA应用于工业菌，开发微生物细胞工厂，生产生产性能更好的高附加值化学品。值得注意的是，在BHR-sRNA的帮助下构建了优良的工业菌株，以生产以下化学品：戊内酰胺(聚酰胺聚合物的原料)、邻氨基苯甲酸甲酯(葡萄味食品添加剂)和靛蓝(蓝色调天然染料)。

通过这项研究开发的BHR-sRNA将有助于加快生物过程的商业化，以生产高附加值的化合物和材料，如人造肉、喷气燃料、保健品、药品和塑料。还预计它将有助于根除抗生素耐药病原体，为即将到来的另一场大流行做准备。“过去，我们只能为每种细菌开发基因敲低的新工具，但现在我们已经开发出一种适用于多种细菌的工具，”SangYupLee说。

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标签：细菌基因BHR-sRNA