近日，中国科学院微生物研究所温廷益研究组的博士张国强建立了在大肠杆菌中模拟靶细菌DNA甲基化模式(MoDMP)、穿越靶细菌限制屏障、实现含有多套RM系统的细菌遗传操作的新方法。相关研究成果日前发表于《美国科学公共图书馆—遗传学》。

细菌是存在于自然环境中的一个重要生物类群，参与自然环境碳、氮和硫等元素的循环。另外，细菌在人类的健康与疾病、工业微生物发酵及农业生物病虫害防治等领域也占有重要地位。遗传操作是研究细菌生理功能、致病机理及构建基因工程菌株的先决条件。

然而，迄今为止，仅有少数实验室的模式菌株实现了遗传转化。对直接从自然环境中分离的野生型细菌、经人工驯化的工业生产菌及大量非模式菌株实现遗传操作，始终是困扰微生物学家的一个世界性难题。

据介绍，限制修饰(Restriction modification，RM)系统是外源DNA进入细菌并实现稳定遗传的主要屏障。典型的RM系统由 DNA甲基转移酶(MTase)和限制性内切酶(REase)构成。限制性内切酶可特异性识别进入细菌内部的外源DNA，并对其切割、降解，而DNA甲基转移酶可通过甲基化修饰细菌自身的DNA，使其与外源DNA区别开来，不被限制性内切酶降解。

为此，在一株内源限制修饰系统全部缺失的大肠杆菌EC135中，张国强等研究人员克隆表达了来自汉氏硝化细菌X14、蜡样芽胞杆菌 ATCC 10987和解淀粉芽胞杆菌TA208的24个推定DNA甲基转移酶，经活性验证后，将13个具有活性的DNA甲基转移酶分别组装至3个质粒共表达。

最终，通过实验证据，研究人员提出并验证了通过模拟顽固细菌DNA甲基化模式实现穿越其限制修饰屏障的理论模型。

业内专家认为，该方法为研究具有重要生理意义和致病性细菌的生理功能、改造具有重要应用价值的工业微生物提供了新方法和新思路。