CRISPR-Cas系统在食品微生物中的应用研究进展

成簇的规律间隔的短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)及其关联蛋白(CRISPR-associated proteins,Cas)构成CRISPR-Cas系统,该系统作为高效、灵活、易于操作的基因编辑技术,开始广泛应用于微生物基因组位点的靶向编辑中。本文针对CRISPR-Cas9系统在食品微生物领域,特别是在食品酿造微生物和食品病原微生物中的应用进行综述,并进一步讨论影响该系统基因编辑效率的主要因素及发展方向,为CRISPR-Cas9系统在食品微生物中的应用提供参考和依据。     

CRISPR-Cas9筛选系统在病毒宿主作用因子鉴定中的优势

CRISPR-Cas9系统是细菌和古细菌中进化出的适应性免疫防御系统,称为簇状规则间隔的短回文重复序列(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats,CRISPR),该系统被开发为一种基因组编辑技术并已广泛应用于病毒与宿主互作基因的筛选,2015年通过CRISPR-Cas9全基因组敲除细胞文库筛选鉴定了HRD1,EMC2等基因为西尼罗河病毒(WNV)的宿主互作基因[1]。由于病毒具有一定的传播特性,加上一些病毒的特异性受体未知,入侵机制不明,未来可能会威胁牲畜、公共卫生甚至威胁人类安全。因此,人类必须重视病毒与宿主细胞的相互作用研究,本文通过对CRISPR-Cas9系统筛选法与其他筛选方法在病毒宿主作用因子中的应用进行总结与比较,为后续科研人员在方法学上的选择提供一定参考。     

CRISPR-Cas12a在食源性致病菌检测中的应用

食源性致病菌快速检测方法对食源性疾病的高效预防和控制具有重要意义。CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)及相关蛋白(CRISPR-associated protein, Cas)构成的CRISPR-Cas系统是一种强大的基因编辑工具, 基于其对靶标核酸的特异性识别及切割活性, 应用于食源性致病菌检测中, 已成为快速检测方法研究的热点。CRISPR-Cas12a检测技术具有特异性强、灵敏性高的优点, 在食源性致病菌的检测中有着巨大的应用前景。本文主要介绍了CRISPR-Cas12a的作用机制, 重点综述了CRISPR-Cas12a结合多种核酸扩增技术在食源性致病菌检测中的研究进展, 进一步讨论了CRISPR-Cas12a在致病菌检测中存在的问题和不足, 对未来的研究前景进行了展望, 以期为更好地开发准确、快速灵敏的食源性致病菌检测技术提供参考和依据。     

基于CRISPR-Cas9系统的Saccharomyces cerevisiae基因删除

建立CRISPR-Cas9介导的在Saccharomyces cerevisiae双倍体细胞中进行基因敲除的方法。以can1基因敲除后的表型验证该CRISPR-Cas9系统的有效性,can1基因的失活效率达到4%。利用该系统又分别敲除了pdc、adh3、adh2、adh1、 pdh等基因,单基因编辑效率分别为4/48、3/48、1/48、3/28、1/16。确定了基因连续敲除的方法流程,pdc、adh3、adh2三个基因全部敲除,整个过程用时17 d。探索了双基因一次转化同时敲除的方法,将adh5、lip两个基因同时敲除用时6 d,基因编辑效率分别为9/32和10/32。     

基因编辑技术在抗白粉病小麦育种中的研究进展

综述了基因编辑技术的概念及其在抗白粉病小麦育种中的应用进展，讨论了基因编辑技术在其他作物育种领域中的应用及其面临的挑战，以期为基因编辑技术在我国生物育种领域的研究提供参考。     

CRISPR-Cas系统在食源性致病菌中的结构与功能研究进展

规律成簇间隔短回文重复序列（CRISPR）及其相关蛋白（Cas）构成的CRISPR-Cas系统是存在于细菌和古细菌中的免疫系统的组成部分,能有效防御外源移动遗传元件,如噬菌体的侵袭。研究发现该系统可以阻止携带特征基因的外源核酸整合到细菌基因组中,同时还有调节其它功能基因表达的作用,对细菌毒性、耐药性、生物膜形成等生物学特征也有影响。本文解析常见食源性致病菌CRISPR-Cas系统的结构,综述CRISPR-Cas系统与细菌毒性、耐药性、生物膜形成、分型等的相关性,为后续CRISPR-Cas系统功能研究以及食源性致病菌的溯源、控制提供参考。     

美农业部确认不监管基因编辑作物

正美国农业部28日发表声明,表示不会对使用一些新技术育种的农作物进行监管,其中包括基因编辑技术。只要这些新技术没有利用植物害虫,农业部现在不会、也没有计划别使用这些新技术培育的农作物进行监管。与通常所说的转基因作物需要转入外源遗传物质有所不同的是,基因编辑育种使用CRISPR-Cas9或锌指核酸酶(ZFN)等技术对植物基因进行编辑,可设计出不含外源DNA     

CRISPR/Cas9系统在基因编辑和疾病治疗中的应用

基因编辑技术是目前基因功能和疾病治疗研究以及动物模型建立最主要的技术之一。CRISPR/Cas9技术作为一种新型基因编辑技术以易操作、耗时少、效率高等优点在基础生物医学和疾病研究方面得到广泛应用,大大方便了在体内外对靶向基因进行编辑的操作。它的出现不仅为科学研究提供了丰富的基因修饰动物,为剖析疾病发生及发展机制、药物靶点开发提供了强大的科研工具,给人类疑难遗传性疾病的治疗带来曙光。文章综述CRISPR/Cas9系统在细菌和哺乳动物中的作用机制,以及该技术的广泛应用及其突飞猛进的发展,同时阐述该技术存在的不足与对未来的展望。     

乳酸菌中移动基因元件的预测与分析

CRISPR-Cas系统作为获得性免疫系统能够保护乳酸菌免受噬菌体等外源基因元件的入侵,旨在对乳酸菌中CRISPR-Cas系统的活性与近期发生水平基因转移的程度是否呈负相关进行检验。预测了乳酸菌中的CRISPR-Cas系统、前噬菌体及基因岛,并分别分析乳酸菌中CRISPR与前噬菌体及与基因岛在数量上的相关性。研究发现CRISPR序列的长度(能反映该免疫系统的活性)与预测的近期发生的水平基因转移事件的数目之间没有明显的相关性。结果表明乳酸菌中的CRISPR-Cas系统并不抑制水平基因转移事件的发生。     

双纤维素酶基因在乳酸杆菌中的融合分泌表达

为提高纤维素的降解效率,将两种不同的纤维素酶基因在乳酸杆菌中融合表达,实现双纤维素酶在乳酸杆菌中的高效表达。根据两纤维素酶的基因序列设计两对引物,并在两基因间引入一段连接肽。通过聚合酶链式反应（polymerase chain reaction,PCR）分别扩增得到两纤维素酶基因CelL15和CelL73,将其融合后连接到乳酸杆菌分泌性表达载体pMJ67中,构建重组表达质粒pMJ-CelL15-CelL73,电转化入乳酸杆菌Lactobacillus casei,利用红霉素MRS平板筛选阳性克隆,通过PCR验证获得了分泌表达双纤维素酶的重组乳酸杆菌。电泳实验结果表明重组乳酸杆菌成功表达了1 个约为83 kD的融合蛋白。平板酶活力检测发现重组乳酸杆菌能明显降解底物中的羧甲基纤维素钠,培养液上清中纤维素酶酶活力可达1.25 U/mL。     

乳酸杆菌抗肿瘤作用的研究进展

乳酸杆菌是一种对人体健康和微生态平衡很重要的益生菌,广泛分布在人体的胃肠道和生殖道中,近些年来研究发现,乳酸杆菌在预防和治疗肿瘤方面表现出积极作用。本文主要综述了乳酸杆菌对多种肿瘤的抑制作用,以及乳酸杆菌通过抑制致癌物质生成、激活体液免疫、激活细胞免疫和促进肿瘤细胞凋亡的抗肿瘤作用机制,为乳酸杆菌在抗肿瘤方面的进一步研究提供理论基础。随着乳酸杆菌在抗肿瘤方面的深入研究,对新型抗肿瘤药物的开发和生物技术防治肿瘤的发展具有重要的意义。     

糖醇在食品医药及农业领域的应用研究进展

糖醇是糖类代谢的中间体,具有不影响人体血糖浓度,改善食品品质,促进作物对养分的吸收利用等优异性能,近年来广泛用于食品医药工业及农业生产中,应用前景广阔。本文主要综述了糖醇在食品工业、医疗卫生、农业生产方面的研究和应用成果,并简要介绍了糖醇在工业制造、农业杀虫等其他领域的作用,最后对糖醇行业发展前景进行了分析,为糖醇的推广应用和促进其产业发展提供技术依据。     

CRISPR-Cas-based detection for food safety problems: Current status,challenges, and opportunities

Food safety is one of the biggest public issues occurring around the world. Microbiological, chemical, and physical hazards can lead to food safety issues, which may occur at all stages of the supply chain. In order to tackle food safety issues and safeguard consumer health, rapid, accurate, specific, and field-deployable detection methods meeting diverse requirements are one of the imperative measures for food safety assurance. CRISPR-Cas system, a newly emerging technology, has been successfully repurposed in biosensing and has demonstrated huge potential to establish conceptually novel detection methods with high sensitivity and specificity. This review focuses on CRISPR-Cas–based detection and its current status and huge potential specifically for food safety inspection. We firstly illustrate the pending problems in food safety and summarize the popular detection methods. We then describe the potential applications of CRISPR-Cas–based detection in food safety inspection. Finally, the challenges and futuristic opportunities are proposed and discussed. Generally speaking, the current food safety detection methods are still unsatisfactory in some ways such as being time-consuming, displaying unmet sensitivity and specificity standards, and there is a comparative paucity of multiplexed testing and POCT. Recent studies have shown that CRISPR-Cas–based biosensing is an innovative and fast-expanding technology, which could make up for the shortcomings of the existing methods or even replace them. To sum up, the implementation of CRISPR-Cas and the integration of CRISPR-Cas with other techniques is promising and desirable, which is expected to provide “customized” and “smart” detection methods for food safety inspection in the coming future.     

Metabolomics-assisted biotechnological interventions for developing plant-based functional foods and nutraceuticals

Today, the dramatic changes in types of food consumed have led to an increased burden of chronic diseases. Therefore, the emphasis of food research is not only to ensure quality food that can supply adequate nutrients to prevent nutrition related diseases, but also to ensure overall physical and mental-health. This has led to the concept of functional foods and nutraceuticals (FFNs), which can be ideally produced and delivered through plants. Metabolomics can help in getting the most relevant functional information, and thus has been considered the greatest –OMICS technology to date. However, metabolomics has not been exploited to the best potential in plant sciences. The technology can be leveraged to identify the health promoting compounds and metabolites that can be used for the development of FFNs. This article reviews (i) plant-based FFNs-related metabolites and their health benefits; (ii) use of different analytic platforms for targeted and non-targeted metabolite profiling along with experimental considerations; (iii) exploitation of metabolomics to develop FFNs in plants using various biotechnological tools; and (iv) potential use of metabolomics in plant breeding. We have also provided some insights into integration of metabolomics with latest genome editing tools for metabolic pathway regulation in plants.     

CRISPR/Cas系统在食品质量安全检测中的应用研究进展

规律间隔成簇短回文重复序列(regularly spaced clustered short palindrome repeats-associated, CRISPR/Cas)系统是基于原核生物的一种适应性免疫系统, 因其可编程性和易操作的优点已被开发为基因编辑技术, 并且凭借其快速和高效的特点被广泛用于生物、医学等领域。目前, CRISPR/Cas系统已开始在基于核酸检测和单核苷酸多态性检测等食品安全检测技术中应用。本文就CRISPR/Cas系统中Cas9、Cas12a和Cas13a的原理以及其在掺假检测、溯源检测、食源性微生物和动物疫病等食品质量安全检测中的应用进展进行了综述, 以期为CRISPR/Cas系统应用于食品质量安全的快速现场检测提供理论和技术参考。     

食源性致病菌耐药性与成簇的规律间隔短回文重复序列系统关联性研究进展

近年来,随着对抗生素的滥用,导致了食源性致病菌的耐药性问题日趋严重。目前除了从管理上规范抗生素的使用,对CRISPR与耐药性相关研究也在持续进行。CRISPR-Cas作为一种天然免疫机制,因为其独特的免疫作用机理,目前常被用以基因编辑、耐药性等方面研究。本文对CRISPR-Cas系统进行初步介绍,从其结构、原理以及目前的研究趋势对不同菌株间CRISPR系统与耐药性、毒力因素进行相关研究,有利于更好地提供耐药机制,为防治食源性致病菌引起的食品安全问题提供新思路。     

核黄素介导的光动力技术的研究进展

核黄素是一类B族维生素,它少部分存在于人体内,广泛的存在于食物中。核黄素对于人体的新生代谢以及生长发育具有良好的促进作用。光动力技术是一种新型、环保、高效的控制手段,光敏剂是光动力技术的关键要素,以核黄素光敏剂介导的光动力技术在肿瘤、皮肤病、病虫害等领域均已有广泛的应用。然而,大量研究表明核黄素的光敏特性对人体健康及食品稳定性仍存在一定的影响。因此,本文综述了核黄素的功能特性,并总结了核黄素作为光敏剂介导的光动力技术在治疗疾病与控制病虫害等过程中的应用,以及对人体健康及食品稳定性产生的可能影响,旨在为其进一步开发提供参考依据。     

测序技术在葡萄与葡萄酒研究中的应用

测序技术是分子生物学研究中常用的技术,它的出现极大地推动了生物学、基因筛选、品种改良等工作的开展。随着科学技术的进步,测序技术自身也在不断更新。介绍测序技术及其发展历程,以及在葡萄种植环境、品质改良、新品种培育、常见病害、果品保鲜,酿酒酵母改良及选育、生长环境及影响因素等方面的应用,旨在促进测序技术与食品科学研究的融会贯通及长远发展。