源自极端微生物整合酶的温度可切换基因组编辑器

整合酶是由噬菌体及其他可移动遗传元件编码的位点特异性重组酶。它们介导同源附着位点（att）之间的DNA整合、切除和倒位。尽管整合酶是遗传工程和合成生物学中的强大工具，但大多数系统缺乏在表达后限制其活性的内在机制，从而可能导致非预期的重组。我们 hypothesize，极端微生物可能提供具有温度响应性的整合酶，因为这些酶是在宿主所经历的温度范围内运行的选择压力下进化而来的。为检验这一概念，我们将来自458,683个原核生物基因组组装数据的整合酶–att配对与经整理的宿主生长温度元数据进行了关联分析。该分析揭示了整合酶聚类中与温度相关的结构，并建立了一个用于筛选温度响应性重组酶的候选库。在较高温度宿主中，酪氨酸整合酶相关attB位点的GC含量呈现小幅升高。我们利用单拷贝报告质粒和sacB反向筛选，开发了一种倒位检测方法，以定量分析整合酶在不同温度下的活性。来源于嗜热菌Thermus thermophilus和Geobacillus stearothermophilus的整合酶表现出高温开启/低温关闭的活性模式，而来源于低温菌Pseudomonas cerasi的整合酶则表现出低温开启/高温关闭的活性。综上，这些结果表明，宿主的热生态位可作为发现具有内在温度开关特性的整合酶的指导依据，并为构建热控基因组编辑系统奠定了基础。

整合酶是由噬菌体及其他可移动遗传元件编码的位点特异性重组酶。它们介导同源附着（att）位点之间的DNA整合、切除和倒位。尽管整合酶是遗传工程和合成生物学中的强大工具，但大多数系统缺乏在表达后限制其活性的内在机制，从而可能发生非预期的重组。我们 hypothesize 极端微生物能够提供具有温度响应性的整合酶，因为其酶是在宿主所经历的温度范围内运行的选择压力下进化而来的。为检验这一概念，我们将来自458,683个原核生物基因组组装数据的整合酶—att位点配对信息，与经整理的宿主生长温度元数据进行了关联分析。该分析揭示了整合酶簇中与温度相关的结构特征，并建立了一个用于筛选温度响应型重组酶的候选库。在较高温度宿主中，与酪氨酸整合酶相关的attB位点GC含量呈现适度升高。我们利用单拷贝报告质粒和sacB反向筛选，开发了一种倒位检测方法，用于定量分析不同温度下的整合酶活性。来源于嗜热菌Thermus thermophilus和Geobacillus stearothermophilus的整合酶表现出高温开启/低温关闭的活性模式，而来源于嗜冷微生物Pseudomonas cerasi的整合酶则表现出低温开启/高温关闭的活性。综上，这些结果表明，宿主的热生态位可作为发现内在可温度切换整合酶的指导依据，并为构建受温度控制的基因组编辑系统奠定了基础。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.10.749218v1?rss=1

🏷️ 温度响应性整合酶 位点特异性重组 基因组编辑 噬菌体整合酶 合成生物学