Genome editing using the endogenous type I CRISPR-Cas system in Lactobacillus crispatus

清脆的 生物 反式激活crRNA 基因组编辑 基因组 效应器 Cas9 引导RNA 计算生物学 遗传学 基因 细胞生物学
作者
Claudio Hidalgo-Cantabrana,Yong Jun Goh,Meichen Pan,Rosemary Sanozky-Dawes,Rodolphe Barrangou
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:116 (32): 15774-15783 被引量:190
标识
DOI:10.1073/pnas.1905421116
摘要

CRISPR-Cas systems are now widely used for genome editing and transcriptional regulation in diverse organisms. The compact and portable nature of class 2 single effector nucleases, such as Cas9 or Cas12, has facilitated directed genome modifications in plants, animals, and microbes. However, most CRISPR-Cas systems belong to the more prevalent class 1 category, which hinges on multiprotein effector complexes. In the present study, we detail how the native type I-E CRISPR-Cas system, with a 5′-AAA-3′ protospacer adjacent motif (PAM) and a 61-nucleotide guide CRISPR RNA (crRNA) can be repurposed for efficient chromosomal targeting and genome editing in Lactobacillus crispatus , an important commensal and beneficial microbe in the vaginal and intestinal tracts. Specifically, we generated diverse mutations encompassing a 643-base pair (bp) deletion (100% efficiency), a stop codon insertion (36%), and a single nucleotide substitution (19%) in the exopolysaccharide priming-glycosyl transferase ( p-gtf ). Additional genetic targets included a 308-bp deletion (20%) in the prophage DNA packaging Nu1 and a 730-bp insertion of the green fluorescent protein gene downstream of enolase (23%). This approach enables flexible alteration of the formerly genetically recalcitrant species L. crispatus , with potential for probiotic enhancement, biotherapeutic engineering, and mucosal vaccine delivery. These results also provide a framework for repurposing endogenous CRISPR-Cas systems for flexible genome targeting and editing, while expanding the toolbox to include one of the most abundant and diverse systems found in nature.
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