无需切割DNA，CRISPR“终止开关”让细菌永久失活

首尔国立大学的研究人员开发出一种基于CRISPR的生物封控系统，能够通过编辑细菌DNA（而非切割DNA）来永久关闭工程细菌。这一策略有望重塑工业及治疗用微生物的生物安全标准。

Image 4: CRISPR系统改造细菌使其失活

无损伤的基因“终止开关”

这项研究于2026年5月发表在《核酸研究》期刊上，介绍了研究团队所称的eEGM（基于编辑驱动的必需基因多重失活）模块。该系统采用催化失活的CRISPR-Cas9（即dCas9）与胞苷脱氨酶融合的方式，无需切割DNA双链——切割过程可能导致基因组不稳定——而是精准地转化必需基因起始密码子中的特定核苷酸，从而永久阻断蛋白质的合成。

“本研究提出了一种利用碱基编辑对微生物细胞存活进行精确且不可逆调控的全新策略，”该研究的通讯作者徐相宇教授表示，“我们相信这项技术作为下一代生物安全平台具有巨大潜力。”点击查看原文

该方法通过将ATG起始密码子重编程为无功能的替代序列来发挥作用，相当于关闭了细菌赖以生存的“电源按钮”。一旦经短暂诱导脉冲激活，基因改变即为永久性的，无需编辑机制的持续存在。

多靶点策略大幅降低逃逸风险

生物封存领域长期面临的一大难题，是逃逸突变体的出现——少数细菌能够绕过“杀灭开关”并持续增殖。首尔国立大学研究团队对此采取了多靶点策略，同时靶向三个来自非冗余生物通路的必需基因：holA、ftsB 和 dfp。这一多重靶向方案使逃逸频率在脉冲诱导后一小时内降至 10⁻⁸ 或以下，达到了美国国立卫生研究院指南所设定的阈值。详细数据

该系统还展示了良好的跨菌株适用性，可在多种大肠杆菌菌株中运行，包括实验室菌株 MG1655、工业菌株 W3110 以及益生菌菌株 Nissle 1917，且不会干扰细菌原本设计携带的工程基因的表达。

对工业与医疗领域的影响

传统的CRISPR-Cas9“终止开关”依靠切割DNA来消灭细胞，但这一机制会造成脱靶损伤，并产生选择性压力，随着时间推移逐渐削弱生物封控效果。基于CRISPRi的干预方案无需基因编辑即可抑制基因表达，毒性较低，但效果可逆——一旦抑制信号消退，细菌便可恢复生长。

eEGM模块恰好介于两者之间：它兼具基于切割的系统的永久性，以及基于干扰的系统的低毒性。研究人员设想将其应用于生物燃料和生物可降解塑料的生产，以及工程化活体生物治疗剂等领域——在这些场景中，防止微生物在人体内意外增殖至关重要。在正式部署之前，该技术仍需在复杂的生态环境中进行进一步验证，但这一平台已证明碱基编辑是实现可编程、持久生物封控的全新可行工具。