不断扩大的CRISPR工具箱:不仅仅是Cas9[创新技巧]

【字体: 时间:2019年02月13日 来源:生物通

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  CRISPR这个风靡生物界的基因编辑工具,正在变得越来越强大。据美国《洛杉矶时报》报道,研究人员开始搜寻地球上的每一个角落,以寻找Cas9以外的CRISPR酶。

CRISPR这个风靡生物界的基因编辑工具,正在变得越来越强大。据美国《洛杉矶时报》报道,研究人员开始搜寻地球上的每一个角落,以寻找Cas9以外的CRISPR酶。

众所周知,CRISPR由两个基本部分组成。一个是RNA片段,它定位在研究人员希望改变的DNA序列上;另一个是蛋白质(如Cas9酶),它附着在DNA的目标区域,并对其进行切割和拼接。

一直以来,Cas9都是基因编辑中的主力军,因为它能够带来平整的末端。不过近几年,研究人员也开始寻找Cas9以外的酶,以期释放CRISPR的新潜能。

基因编辑领域的领军人物、Broad研究所的张锋博士认为:“Cas9是一种强大的工具,但其存在限制。每种蛋白质都有其长处和短处,将它们放在一起为我们带来了一套更多功能的工具。”

CRISPR-Cas12a是继CRISPR-Cas9后第一个用于实验室中基因编辑的系统。最近人们又对Cas12a的堂哥Cas12b进行了研究,发现这种变异体也能够编辑人类基因组,为研究人员提供了另一种对付遗传病的工具。

其他CRISPR酶,包括Cas13、Cas14和CasY,也同样表现出潜力。上周,加州大学伯克利分校的研究人员在《Nature》杂志上介绍了另一位新星CasX。基因编辑领域的另一位领军人物Jennifer Doudna正是这篇论文的通讯作者之一。

据张锋介绍,CRISPR系统之间的差异有点像水果。如果Cas9酶是苹果,那么Cas12酶可以看成李子。两者都很美味,但完全不同。与水果一样,这些不同的系统也有变种。Cas12酶就存在不同变异体,像红李子和青李子一样。

这些差异在几个方面发挥作用。例如,CRISPR-Cas9在同一个位置切割DNA的两条链,而CRISPR-Cas12a和CRISPR-CasX则形成所谓的交错切割,因此DNA两条链的不同位置被切断。

范德堡大学的遗传学家Thomas Clements表示,有证据表明交错切割使得细胞更容易接受新的DNA片段。因此,如果目标是将DNA添加到细胞中,那么Cas12a(或许还包括CasX)兴许是比Cas9更好的选择。

此外,不同Cas酶的大小也不同。与Cas9相比,CasX和Cas12a比较小。据NIH研究人员Eugene Koonin介绍,这是一个重要的标准,因为较小的分子更容易进入细胞。“从某种意义上说,现在有一种竞赛是设计出最小的基因组编辑器,这样人们就可以将它与其他东西结合起来,”他说。

于是,研究人员开始搜索地球上的每一个角落。CasX和CasY是从栖息在地下水层的细菌中找到的,而最早的Cas12b是从美国宇航局维京号航天器的洁净室中发现的。

如今,科学家们还在采集那些栖息在湖泊、河流和海洋环境中的生物,以及地表之下数百英尺深的生物,以发现更多可能含有基因编辑器的细菌。“我们拥有的选择越多,治疗各种疾病的可能性就越大,”张锋谈道。(生物通 薄荷)

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