类芽孢杆菌 (Paenibacillus) 基因编辑服务

类芽孢杆菌 (Paenibacillus) 基因编辑服务

1. 背景介绍

类芽孢杆菌是一种被美国FDA评定为GRAS（一般认为安全）级别的植物促生菌，在农业、医药、工业和环境修复领域具有广泛应用前景。其突出的植物促生活性、广谱抗菌代谢物生产

能力及优异的环境适应性，使其在生物防治、工业酶制剂及合成生物学领域占据核心地位。精准高效的基因编辑技术是挖掘其生物资源潜力、构建高效工程菌株的关键工具。

在此背景下，舒桐生物推出CRISPR/Cas9方法进行类芽孢杆菌的基因组改造，可在不同菌株中定制化实现目标基因的敲除、大片段缺失、点突变、基因整合（过表达）等服务，交付阳性突变株。我们致力于为全球科研与工业客户提供专业、可靠的定制化类芽孢杆菌基因编辑解决方案。

2. 菌种特性与生物学背景

（1）革兰氏染色属性：类芽孢杆菌属于革兰氏阳性菌（Gram-positive），部分种如多粘类芽孢杆菌（Paenibacilluspolymyxa）是研究最为深入的代表菌株。

（2）物理特征：拥有厚实的肽聚糖细胞壁，能形成具有极强抗逆性的芽孢。其基因组GC含量变化范围较大（40-55%），代谢途径丰富多样，可产生多种抗菌肽、水解酶和多糖。

（3）工业意义：作为植物促生根际细菌（PGPR）的模式菌属，它是研究生物防治、植物促生机制及抗菌代谢物合成的理想模型。在工业上广泛用于生产抗菌肽、工业酶制剂及生物修复材料。

（4）遗传转化：具有多种转化途径，包括青霉素介导转化、电转化及镁氨基酸介导转化。随着穿梭质粒、启动子及CRISPR工具的发展，遗传操作体系日趋完善。

图1 类芽孢杆菌在培养基平皿中的生长情况

3. 文献报道的编辑策略

针对类芽孢杆菌的转化难题，目前主流文献及科研实践中采用的编辑策略包括：

3.1 CRISPR/Cas9 系统（主流方案）：

（1）原理：利用Cas9蛋白在sgRNA引导下对目标基因组DNA进行位点特异性切割，诱导双链断裂修复。

（2）优势：可实现12-41 kb大片段基因簇的精准删除，多基因编辑效率可达80%以上，同时双位点整合效率可达58%。适用于基因敲除、点突变及大片段整合。

3.2 同源重组系统：

通过构建带有同源臂的自杀性质粒，利用类芽孢杆菌内源重组系统实现基因替换或敲除。

3.3 转化效率优化：

针对不同类芽孢杆菌菌株，通过优化电转化参数、青霉素预处理或镁氨基酸介导转化，克服厚细胞壁导致的转化屏障。

4. 核心应用领域

（1）生物防治与农业应用：通过基因编辑增强抗菌肽合成能力，优化对植物病原菌的拮抗活性，构建高效生防菌株。

（2）细胞工厂构建：通过代谢途径优化，将2,3-丁二醇途径等主要发酵产物合成通量重新导向目标化合物（如异丁醇）生产。

（3）合成生物学改造：整合异源合成操纵子，构建高效生产工业酶、表面活性剂及抗菌剂的新一代微生物底盘。

（4）环境生物修复：通过基因敲入增强菌株对废水及土壤中有毒物质的降解能力，拓展其环境修复应用范围。

5. 项目流程与验证

我们提供从设计到交付的一站式服务，确保编辑结果的准确性：

（1）方案设计与载体构建：针对目标靶点设计敲除载体。

（2）细菌转化与筛选：利用天然转化或电转化技术导入编辑系统。

（3）多重验证：通过PCR鉴定、Sanger测序确保阳性突变。

图2 项目流程示意图

6. 基因编辑项目介绍

6.1 核心服务包括

（1）基因敲除/失活：精准删除蛋白酶基因或代谢副产物基因，优化底盘性能。

（2）基因敲入/过表达：在特定位点整合外源表达框或增强内源限速酶表达 。

（3）点突变/修饰：对关键酶进行定点突变，提升热稳定性或催化活性 。

（4）多基因编辑：连续编辑多个基因，构建复杂的代谢网络改造菌株 。

6.2 技术优势：

（1）高成功率：拥有丰富的工业菌株及实验室模型株编辑经验 。

（2）定制化设计：根据生产目标（如提升酶活、改善生长等）设计最优编辑策略 。

（3）全程验证：提供从方案到最终基因型确认的完整闭环报告 。

7. 案例介绍

我们已成功为国内外多家顶尖高校、研究机构及生物技术公司提供服务，以下为部分示例：

案例：类芽孢杆菌突变菌株构建

项目内容：成功整合了外源基因片段

图3 类芽孢杆菌挑单验证转座菌株图

（上：抗性基因插入验证；下：质粒是否存在验证）

8. 参考文献

[1] Yuan P, et al. Microbial cell factories using Paenibacillus: statusand perspectives. Crit Rev Biotechnol. 2024 Nov;44(7):1386-1402..

[2] Yuan P, et al. From Biocontrol to Synthesis: Innovative Progress of Paenibacillus inMechanism Analysis, Gene Editing and Platform Construction. Int J Mol Sci. 2025Nov 10;26(22):10886.

[3] Grady EN, et al. Current knowledge and perspectives of Paenibacillus: a review.Microb Cell Fact. 2016 Dec 1;15(1):203.

[4] Ravagnan G, et al. CRISPR-Cas9-Mediated Genome Editing in Paenibacilluspolymyxa. Methods Mol Biol. 2024;2760:267-280.

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