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王震宇教授团队在抗生素耐药基因(ARGs)污染阻控研究方面取得新进展,通过建立一种基于纳米材料的CRISPR/Cas9递送系统,首次实现了对土壤环境ARGs的多重编辑,并初步证实该递送系统在控制环境耐药性方面的可行性和有效性。
抗生素在农业生产中的持续广泛应用,以及COVID-19疫情期间抗生素的大规模使用,加速了环境ARGs的全球传播。因此,迫切需要有效策略消减ARGs的赋存、维护公共与生态系统健康。CRISPR/Cas系统具有精确靶向定位、快速基因敲除及对非目标群体无干扰的优点,被视为减少ARGs的潜在策略。王震宇教授团队于2022年9月开始开展纳米材料的CRISPR/Cas系统构建以及其对ARGs阻控的相关研究工作。相关研究成果已发表在《农业与食品化学》(Journal of Agricultural and Food Chemistry)期刊上。
研究开发了由氮掺杂碳点(NCDs)携带的CRISPR-Cas9/sgRNAs,以精确靶向环境中常见的多种“高风险”ARGs(tet、cat和aph(3’)-Ia)。NCDs促进了Cas9/sgRNAs在大肠杆菌(E. coli)中的传递,且无细胞毒性,实现了对目标ARGs的持续消除。进一步通过调控NCDs和Cas9蛋白的不同比例优化敲除效果,并设计了Cas9/multi sgRNAs,以实现单菌株或混合菌株中ARGs的多重敲除。值得一提的是,NCDs-Cas9/multi sgRNAs成功实现了对土壤中ARGs的去除,而Cas9/multi sgRNAs本身在复杂环境中则被钝化。本研究提供了一种快速且精确的纳米策略,以最大限度地降低农业系统中的抗生素耐药性。
上述研究工作中,足球比分直播陈菲然副教授为论文第一作者,王震宇教授为论文通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金重大项目(42192572,42192570)、国家自然科学基金国际合作与交流项目(41820104009)资助。
NCDs-Cas9sgRNA消减土壤ARGs示意图
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