糖基原料一直是工業(yè)微生物發(fā)酵的主要碳源。然而，由于資源和成本的因素，需要人類不斷探索以新的更為廉價的原料配以高效的重組微生物來合成大宗化學品和燃料。一碳氣體（如CO和CO2等）是重要的碳資源，其來源廣泛，包括大型石化、冶煉企業(yè)的廢氣，由含碳物質(zhì)如煤、石油、天然氣以及生物質(zhì)等氣化制備的合成氣（syngas）等。因此，構建能夠高效利用一碳氣體的固碳微生物并發(fā)酵轉化為目標產(chǎn)物，將為解決全球資源和能源問題開辟一條新路，對工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。
揚氏梭菌（Clostridium ljungdahlii）是目前極少數(shù)接近工業(yè)應用的固碳微生物，可利用CO和CO2高效合成乙醇，因而受到廣泛關注。但其遺傳操作系統(tǒng)尚不完善，分子元件尤為匱乏，因而無法被有效設計和改造。中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態(tài)研究所姜衛(wèi)紅研究組的黃鶴等人在研究員顧陽的指導下，首先篩選鑒定了在C. ljungdahlii中適用的異源強啟動子，以用于有效驅動釀膿鏈球菌（Streptococcus pyogenes）來源的Cas9蛋白以及向導RNA在該菌中的表達，并以此避免了使用其內(nèi)源啟動子所存在的非特異性重組的可能性。在此基礎上，通過對多個關鍵基因的測試，證明該系統(tǒng)可有效識別和切割靶序列，繼而快速完成目標基因的刪除，五天可完成，效率達到50%-100%。此外，通過在無選擇壓力下的傳代培養(yǎng)，突變株中的外源質(zhì)粒可以迅速消除，從而用于后續(xù)的基因操作。
該基因編輯系統(tǒng)成功克服了現(xiàn)有揚氏梭菌遺傳操作方法的不足，給這一重要工業(yè)固碳菌的研究提供了極大便利，并為后續(xù)建立更多的精細分子操作技術奠定了基礎。該工作于
上述研究得到科技部“863”項目、中科院重點部署項目以及中英合成生物學項目的支持。
上海生科院建立化能固碳梭菌基因編輯系統(tǒng)
