• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제31권1호
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• pp.8-15
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• 2021

More and more available fungal genome sequence data reveal a large amount of secondary metabolite (SM) biosynthetic 'dark matter' to be discovered. Heterogeneous expression is one of the most effective approaches to exploit these novel natural products, but it is limited by having to clone entire biosynthetic gene clusters (BGCs) without errors. So far, few effective technologies have been developed to manipulate the specific large DNA fragments in filamentous fungi. Here, we developed a fungal BGC-capturing system based on CRISPR/Cas9 cleavage in vitro. In our system, Cas9 protein was purified and CRISPR guide sequences in combination with in vivo yeast assembly were rationally designed. Using targeted cleavages of plasmid DNAs with linear (8.5 kb) or circular (8.5 kb and 28 kb) states, we were able to cleave the plasmids precisely, demonstrating the high efficiency of this system. Furthermore, we successfully captured the entire Nrc gene cluster from the genomic DNA of Neosartorya fischeri. Our results provide an easy and efficient approach to manipulate fungal genomic DNA based on the in vitro application of Cas9 endonuclease. Our methodology will lay a foundation for capturing entire groups of BGCs in filamentous fungi and accelerate fungal SMs mining.

• 의료법학
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• 제23권1호
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• pp.121-148
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• 2022

유전자가위 CRISPR-Cas9은 유전자편집을 위한 생명과학기술 가운데 하나로서 무한한 잠재력을 지니고 있다. 이는 인류에게 많은 혜택을 줄 수도 있으며, 또는 예측하기 어려운 도전과제를 남겨줄 수도 있다. 유전자편집의 표준 또는 규제를 위한 거버넌스는 이러한 기술로부터 발생할 수 있는 연구자의 과학 발전을 위한 목적과 윤리적 책무 사이의 충돌을 합리적으로 해결해기 위한 절차적 방식이다. 관련 연구자들을 비롯한 그의 연구로부터 영향을 받을 수 있는 당사자들이 거버넌스 절차를 통해서 연구자들의 유전자가위 CRISPR-Cas9을 남용한 연구를 경계하기 위한 그들의 책임의식 향상에 기여하여야 한다. 이러한 거버넌스 절차는 연구자들의 책임의식을 어떻게 효과적이고 실효적으로 고양시켜줄 것인지 확인시켜줄 수 있다. 즉 세계적으로 논의되고 있는 유전자가위를 활용한 인간 배아에 대한 연구가 누구를 위해서 진행되는지 명확히 하여야 한다. 연구를 통한 과학적 호기심의 해결이 유전자가위를 활용한 인간 배아 연구의 목적이 될 수도 있다. 하지만 이러한 연구의 목적인 인간 배아는 단순한 연구의 도구로 취급되어서는 안된다. 그러므로 거버넌스는 유전자치료에 관한 연구를 장려하는 것과 더불어 연구자들의 책임의식을 고양하여야 한다. 그렇지 않으면, 과학 발전만을 위한 연구만 남을 것이고, 이러한 연구는 인류에게 기술을 통한 혜택보다 오히려 불행을 초래할 수 있다. 그러므로 이 글은 연구자의 책임의식을 고양하기 위한 거버넌스를 중심으로 연구하는 것을 내용으로 한다.

• Molecules and Cells
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• 제38권6호
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• pp.475-481
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• 2015

Programmable nucleases, which include zinc-finger nucleases (ZFNs), transcription activator-like effector nucleases (TALENs), and RNA-guided engineered nucleases (RGENs) repurposed from the type II clustered, regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-CRISPR-associated protein 9 (Cas9) system are now widely used for genome editing in higher eukaryotic cells and whole organisms, revolutionising almost every discipline in biological research, medicine, and biotechnology. All of these nucleases, however, induce off-target mutations at sites homologous in sequence with on-target sites, limiting their utility in many applications including gene or cell therapy. In this review, we compare methods for detecting nuclease off-target mutations. We also review methods for profiling genome-wide off-target effects and discuss how to reduce or avoid off-target mutations.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제48권1호
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• pp.34-43
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• 2021

CRISPR/Cas9에 의한 유전자 교정 기술은 유용 형질을 갖는 작물 및 임목의 육성에 있어 널리 사용되고 있는 핵심 기술이다. 유전자 교정 임목 육성에는 아그로박테리움에 의한 형질전환 방법이 높은 효율로 시행된 연구가 많았고 따라서 형질전환에 사용된 플라스미드 서열이 식물 유전체 안에 존재한다는 문제가 남아 있었다. 본 연구에서는 CRISPR/Cas9을 사용하여 유전자 교정 임목을 육성하는 데 기존에 알려진 벡터 도입 기술이 아닌, 단일 가닥 가이드 RNA (sgRNA)와 Cas9 단백질을 혼합하여 만든 리보핵산단백질을 현사시나무 원형질체에 도입하는 방법을 기술하였다. 염 스트레스 내성 관련 인자 PagSAP1 유전자를 표적으로 하는 3종류의 sgRNA를 디자인하고, 각 sgRNA와 Cas9 단백질을 혼합하여 만든 리보핵산단백질을 원형질체에 도입하였다. 표적화 딥시퀀싱을 통해 리보핵산단백질 형성 시 sgRNA와 Cas9 단백질을 혼합하고 일정 시간 배양하여 안정화되는 시간이 필요한 것을 확인하였다. 또한 sgRNA3의 리보핵산단백질이 sgRNA1, sgRNA2의 리보핵산단백질보다 높은 교정 효율을 보이는 것을 확인하였다. 본 실험을 통해 리보핵산단백질을 이용한 유전자 교정 기술이 임목에도 적용될 수 있음이 확인되었고, 이는 외래 유전자 없이 유전자 교정 임목을 육성하는 데 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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• 제39권1호
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• pp.14-21
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• 2019

Genome editing by CRISPR/Cas9, a third-generation gene scissor in molecular breeding at the genome level, is attracting much attention as one of the breeding techniques of the future. In this study, genetic and phenotypic analysis was used to examine the responsiveness of the Bakokjam variety of the silkworm Bombyx mori to molecular breeding using CRISPR/Cas9 in editing the white egg 2 (w-2) gene. The nucleotide sequence of the w-2 gene was analyzed and three different guide RNAs (gRNA) were prepared. The synthesized gRNA was combined with Cas9 protein and then analyzed by T7 endonuclease I after introduction into the Bm-N silkworm cell line. To edit the silkworm gene, W1N and W2P gRNA and Cas9 complexes were microinjected into silkworm embryos. Based on the results of microinjection, the hatching rate was 16-24% and the incidence of mutation was 33-37%. The gene mutation was verified in the heterozygous F1 generation, but no phenotypic change was observed. In F2 homozygotes generated by F1 self-crosses, a mutant phenotype was observed. These results suggest that silkworm molecular breeding using the CRISPR/Cas9 system is possible and will be a very effective way to shorten the time required than the traditional breeding process.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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• pp.285-285
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• 2022

Recent unpredictable climate change is a major cause of rice yield loss. In particular, methane is a key factor in global warming. Therefore rice breeders are trying to breed the reducing-methane gas emission rice using the crossbreeding method. However, the traditional crossbreeding method takes 8 to 10 years to breed a cultivar, and the anther culture method developed to shorten the breeding cycle also takes 6 to 7 years. On the other hand, CRISPR/Cas9 accurately edits the target trait and can rapidly breed rice cultivars by editing the target trait as a homozygous in 2-3 years. In addition, exogenous genetic elements such as Cas9 can be isolated from the G₁ generation. Therefore, the flowering time was regulated by applying CRISPR/Cas9 technology, and OsCKq1 genome-editing (OsCKq1-G) rice with early flowered and high yield was bred in the field. Genome-editing of OsCKq1 applied CRISPR/Cas9 technology up-regulates the expression of the flowering promotion gene Ehd1 under long-day conditions induces early flowering and increases the yield by increasing the 1,000-grain weight. And as the generations advanced, each agricultural trait indicated a low coefficient of variation. As a result, indicated that OsCKq1 plays an important role in regulating the flowering time and is related to the trait determining yield. Therefore, OsCKq1-G can suggest a breeding strategy for the Net-Zero national policy for reducing-methane gas emission rice by shortening the breeding cycle with the early flowered, and high-yield rice. CRISPR/Cas9 technology is a rapid and accurate breeding technology for breeding rice cultivars with important characteristics.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제49권4호
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• pp.534-542
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• 2021

CRISPR/Cas를 이용한 유전체 편집과 유전자 발현 조절을 위한 기술에서 sgRNA는 표적서열을 인식하는 역할을 한다. gal 프로모터를 표적서열로 하여 유전체 편집에 필요한 sgRNA의 표적인식서열의 길이와 유전자 발현 조절에 필요한 sgRNA의 표적인식서열의 길이를 Cas9-NG에서 체계적으로 비교하였다. 유전체 편집의 경우, sgRNA의 표적인식서열을 구성하는 20개의 뉴클레오티드에서 3개의 뉴클레오티드의 결손만을 허용하였다. 하지만, 유전자 발현 조절에는 표적인식서열에서 11개의 뉴클레오티드가 결손되어도 표적서열을 인식하고 결합할 수 있다는 것을 밝혔다. 따라서, sgRNA의 표적인식서열에서 4개 이상의 뉴클레오티드의 결손이 있는 경우에 sgRNA/Cas9-NG는 표적 DNA 서열에 특이적으로 결합을 하지만, 엔도뉴클레아제의 활성을 갖지 못하기 때문에 유전체 편집을 할 수 없는 것으로 판단된다. 이 결과는 인공전사인자 개발과 합성생물학 분야의 다양한 CRISPR 기술 발전에 도움을 줄 것이다.

• 한국동물생명공학회지
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• 제35권4호
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• pp.323-328
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• 2020

Direct injection of genome editing tools such as CRISPR/Cas9 system into developing embryos has been widely used to generate genetically engineered pigs. The approach allows us to produce pigs carrying targeted modifications at high efficiency without having to apply somatic cell nuclear transfer. However, the targeted modifications during embryogenesis often result in mosaicism, which causes issues in phenotyping founder animals and establishing a group of pigs carrying intended modifications. This study was aimed to establish a genomic PCR and sequencing system of a single blastomere in the four-cell embryos to detect potential mosaicism. We performed genomic PCR in four individual blastomeres from four-cell embryos. We successfully amplified target genomic region from single blastomeres of 4-cell stage embryo by PCR. Sanger sequencing of the PCR amplicons obtained from the blastomeres suggested that PCR-based genotyping of single blastomere was a feasible method to determine mutation type generated by genome editing technology such as CRISPR/Cas9 in early stage embryos. In conclusion, we successfully genotyped single blastomeres in a single 4-cell stage embryo to detect potential mosaicism in porcine embryos. Our approach offers a simple platform that can be used to screen the prevalence of mosaicism from designed CRISPR/Cas9 systems.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제49권2호
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• pp.210-216
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• 2021

본 연구에서는 CRISPR/CAS9을 이용하여 S. cerevisiae의 ACC1, ELO1, OLE1 유전자의 프로모터를 TEF1으로 교체하여 그 발현량을 증가시키고 그에 따른 에탄올에 대한 저항성과 생산량 변화를 확인하였다. 18% 에탄올이 함유된 YPD 배지에서 control을 제외하고 유전자 과발현을 일으킨 mutant 균주 모두가 24시간까지 viable하게 생존하는 것을 확인하였다. 에탄올 발효에서는 유전자 과발현 균주 모두가 에탄올 수율에서 ACC1 과발현 균주가 428.18 ± 0.29 mg/g, ELO1 과발현 균주는 416.15 ± 4.3 mg/g, OLE1 과발현 균주는 430.55 ± 6.00 mg/g에 도달하였으며, 이는 control의 수율인 400.26 ± 0.42 mg/g 보다 높은 수준에 도달하였다. 이 결과는 높은 농도의 에탄올에서 탄소 사슬이 긴 불포화지방산의 비율이 증가한다는 연구결과가 역 또한 성립한다는 것을 증명하였다. ELO1의 과발현은 elongation of fatty acid protein의 생산 증가를 불러 일으킨다. 또한 OLE1도 acylCoA desaturase 효소의 활성을 증대시킨다. TEF1이라는 strong promoter를 이용한 이번 실험에서 ELO1 과발현 균주가 OLE1 과발현 균주보다 S. cerevisiae의 에탄올 저해 감소와 발효에 긍정적인 영향을 미침을 확인하였다.

• 한국환경생태학회지
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• 제35권5호
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• pp.503-524
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• 2021

배스(Micropterus salmoides)는 수생태계에서 최상위단계에 위치하는 생태계교란 어종으로 심각한 담수생태계의 불균형을 초래하고 있다. 배스의 퇴치 및 관리를 위한 다양한 시도를 하고 있지만 효과적인 방안은 없는 상황이므로 배스의 고유한 특성에 기반한 개체군 감소의 효율성을 극대화할 수 있는 방식을 모색하였다. 본 연구에서는 배스의 Transcriptom 분석으로 Unigene contigs는 182,887개, 그리고 정자-난자 인식 단백질인 IZUMO1과 Zona pellucida sperm-binding protein의 유전자에서 CRISPR/Cas9 system을 적용할 최종 Target sequence는 12종을 산출하였다. 각 Target sequence를 인식할 수 있는 12종의 sgRNA를 합성한 후 후속 연구에 사용할 12종의 Cas9-sgRNA ribonucleoprotein (RNP) complex를 제작하였다. 본 연구에서는 차세대염기서열 분석법으로 정자-난자 인식 단백질을 암호화하는 유전자를 탐색하였고, CRISPR/Cas9 system으로 유전자를 편집하여 번식행동은 하지만 수정란을 형성하지 못하는 생식세포를 생산하는 불임개체를 유도하기 위한 조성물 개발 과정을 확립하였다. 그리고 배스와 동일한 수계에 있는 고유 생물종의 서식에는 영향을 미치지 않는 생태교란종 관리 방안으로서의 유용성을 검증하기 위한 후속 연구의 귀중한 기초 자료를 확보하는데 기여했다고 판단된다.