CGM第396期：开发细菌正交复制系统以加速进化

进化是一个生物体群体中不断突变和选择的过程，其塑造了地球上所有的生命。然而进化的速度从根本上受到临界突变率的限制。如果生物体基因组中的DNA突变过快，那么种群就会产生许多有害的突变——这会导致死亡和灭绝。因此，生物体的DNA突变通常非常缓慢。然而，科学家一直希望加速这一过程，以实现在实验室内对蛋白、代谢途径等的快速进化。由此发展出的定向进化技术通过在体外产生遗传多样性来避开体内突变率的限制，但这限制了基因在生物体内连续进化。

有一种连续进化方法依赖于在细胞内的正交DNA复制系统（OrthoRep），其基于一段胞内特殊的仅由特定正交DNA聚合酶复制的线性双链DNA质粒。将该系统的正交DNA聚合酶改造成易错DNA聚合酶后，可实现仅在特定的靶DNA中引入突变，而不影响宿主基因组的复制。这为连续进化提供了一种快速和可持续的方法。然而，该系统目前仅在酿酒酵母和苏云金芽孢杆菌中由天然存在的线性质粒系统发展而来，受到酿酒酵母倍增时间长和苏云金芽孢杆菌遗传操作工具匮乏的限制。

在本次报告中，演讲人将介绍他在苏云金芽孢杆菌中使用溶源性噬菌体GIL16开发出第一种细菌内的正交复制系统，并紧接着在大肠杆菌中利用烈性噬菌体PRD1开发出合成正交复制系统的研究及应用。这将大大加快各种分子生物学工具、生物医药和工业化学品生产菌株的开发。