眾所周知，微生物能夠產(chǎn)生大量具有生物活性的次生代謝產(chǎn)物，比如抗生素（紅霉素），抗癌藥物（埃博霉素）以及殺蟲劑（阿維菌素）等等。近年來(lái)盛行的細(xì)菌基因組測(cè)序工程表明，細(xì)菌染色體上存在著大量未鑒定的天然產(chǎn)物生物合成基因簇，又稱為“孤兒基因簇”。微生物次生代謝產(chǎn)物大多數(shù)是由聚酮合成酶（PKS）和非核糖體多肽合酶（NRPS）等大型復(fù)合酶合成的。但是由于一些細(xì)菌不能在實(shí)驗(yàn)室條件下生長(zhǎng)，或者這些“孤兒基因簇”在實(shí)驗(yàn)室條件下是沉默的。因此，將這些生物合成基因簇克隆到大腸桿菌的載體上，通過(guò)修飾或者替換啟動(dòng)子，然后在一些生長(zhǎng)快，易培養(yǎng)和遺傳操作簡(jiǎn)單的異源宿主中表達(dá)，是一種發(fā)現(xiàn)這些沉默天然產(chǎn)物的有效方法。而且，這些基因簇還可以通過(guò)基因刪除，插入和交換，產(chǎn)生更多的“非天然”的天然化合物，也就是所謂的天然產(chǎn)物的“組合生物合成”。

但是這些天然產(chǎn)物的生物合成基因簇一般都大于10kb， 有的甚至大于100kb?，F(xiàn)行的克隆DNA片段的方法不能滿足高通量的功能基因組學(xué)研究的需要。比如PCR技術(shù)和全新的DNA合成只能得到小于5kb的DNA片段。黏?；蛘呒?xì)菌人工染色體（BAC）基因文庫(kù)的構(gòu)建和篩選是克隆大型天然產(chǎn)物 生物合成基因簇的經(jīng)典方法。但是這些方法還需要后續(xù)的費(fèi)時(shí)費(fèi)力的篩選以及復(fù)雜的基因簇 縫合工作。

留學(xué)德國(guó)的中國(guó)學(xué)者符軍和卞小瑩在張友明博士的主要指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)了基于重組工程的直接克隆大片段DNA的方法。傳統(tǒng)的重組工程方法一般使用大腸桿菌中的λ 噬菌體Red 操縱子中的Redα, Redβ and Redγ來(lái)實(shí)現(xiàn)大腸桿菌中的線性DNA片段和環(huán)狀DNA之間的同源重組。大腸桿菌中的Rac 前噬菌體也包含一對(duì)跟Red功能相似的蛋白RecE和RecT 也能用于重組工程。但是先前的研究發(fā)現(xiàn)RecE一般只用碳末端的588個(gè)氨基酸就足夠完成有效地同源重組，盡管不如Red體系效率高。所以Red體系在廣泛地應(yīng)用在基因敲除、插入和修飾等。RecE蛋白包含866個(gè)氨基酸殘基，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于跟它功能相同的蛋白Redα（226個(gè)氨基酸殘基）。因此研究人員發(fā)現(xiàn)全長(zhǎng)的RecE蛋白和RecT蛋白能高效的催化兩個(gè)線性DNA分子的同源重組（linear plus linear homologous recombination， LLHR）。

進(jìn)而，研究人員利用新發(fā)現(xiàn)的線性DNA分子的同源重組能夠準(zhǔn)確的從BAC或者酶切的染色體混合物中直接克隆選擇的DNA片段。研究人員應(yīng)用該技術(shù)從純化的發(fā)光桿菌的染色體上直接克隆了十個(gè)未知的天然產(chǎn)物的生物合成基因簇（PKS/NRPS，10-52kb），并將它們?cè)诖竽c桿菌中表達(dá)，鑒定了其中兩個(gè)基因簇的最終產(chǎn)物。全長(zhǎng)的RecE蛋白和RecT蛋白介導(dǎo)的直接克隆方法極大的豐富了DNA重組工程技術(shù)，也將加速微生物天然產(chǎn)物的生物探礦研究，同時(shí)，此項(xiàng)技術(shù)還可以應(yīng)用于人類個(gè)體醫(yī)療中的基因診斷和研究。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際著名期刊《自然—生物技術(shù)》上，由德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)，德國(guó)亥姆霍茲感染研究中心，中國(guó)湖南師范大學(xué)和德國(guó)基因橋公司合作完成。